Inzicht in de zenuw herstel bevorderende eigenschappen van

N E DE R L A N D SE S A M E N VAT T I NG
Inzicht in de zenuw herstel bevorderende eigenschappen
van “olfactory ensheathing cells”
Op weg naar een behandeling van dwarslaesies
Nederlandse Samenvatting
Het centrale zenuwstelsel van de mens herstelt slecht na een beschadiging.
Dit resulteert vaak in een permanent verlies van functie zoals verlamming
na beschadiging van het ruggenmerg. Het olfactorische zenuwstelsel, dat
verantwoordelijk is voor het verwerken van reuksignalen, vormt hierop een
uitzondering en kan volledig herstellen van een beschadiging. Het is in staat om
nieuwe zenuwcellen te genereren die vanuit de neus nieuwe verbindingen naar de
hersenen maken via de uitgroei van zenuwcel uitlopers (axonen). Deze uitgroei
wordt ondersteund door een bijzonder cel type, de “olfactory ensheathing glia
cell” (OEC), een cel die alleen in dit bijzondere olfactorische systeem voorkomt.
OECs kunnen worden geïsoleerd, gezuiverd en opgekweekt (vermenigvuldigd),
waarna ze kunnen worden gebruikt voor implantatie in beschadigd zenuwweefsel
om herstel te bevorderen. Uitgebreid onderzoek heeft laten zien dat de
implantatie van OECs herstel van zenuwschade bevordert in dieren waarbij het
ruggenmerg, de hersenen of zenuwen in ledematen beschadigd zijn. Ook hebben
OECs een positief effect op het ziekteverloop in dier modellen van “amyotrophic
lateral sclerosis “ (ALS) en de ziekte van Parkinson (PD). OECs zijn in staat om de
uitgroei van zenuw uitlopers, bloedvat vorming en wondherstel te bevorderen.
Ook kunnen OECs beschadigd weefsel verwijderen en zenuwuitlopers opnieuw
voorzien van een isolerende stof genaamd myeline waardoor signalen sneller
worden doorgegeven. Hoofdstuk 1 van dit proefschrift bevat een uitgebreide
beschrijving van deze processen. Jammer genoeg laten niet alle OEC implantatie
studies een positief effect op herstel van zenuwschade zien. Daarnaast zijn er
verschillen gerapporteerd in de precieze moleculaire samenstelling van OECs
door verschillende laboratoria. Deze verschillen kunnen worden veroorzaakt
door de exacte locatie waaruit de OECs zijn opgezuiverd en/of door de leeftijd
van de cellen en zelfs door de opzuiverings methoden. Ook laten verschillende
studies een slechte overleving van OECs zien na implantatie.
Een uitgebreid begrip van de moleculaire mechanismen die de basis vormen
van de herstel bevorderende eigenschappen van OECs kan worden gebruikt om;
(i) nieuwe inzichten te verkrijgen in succesvolle regeneratie van zenuwschade,
(ii) het therapeutische potentieel van OECs te vergroten en (iii) de herstel
bevorderende eigenschappen van deze cellen over te zetten naar andere cel
242
N E DE R L A N D SE S A M E N VAT T I NG
typen of weefsels. Het voornaamste doel van het werk dat gepresenteerd wordt
in dit proefschrift was om inzicht te krijgen in die moleculaire eigenschappen
van de OEC die bijdragen aan hun positieve effecten op zenuwweefsel herstel.
We hebben een bijzondere screenings strategie toegepast om eiwitten te
ontdekken die tot expressie komen in OECs en die betrokken zijn bij de stimulatie
van de uitgroei van zenuwcellen. Dit wordt beschreven in Hoofdstuk 2. De basis
van het onderzoek in Hoofdstuk 2 bestaat uit twee studies die de gen-expressie
profielen van gezuiverde OECs in kweek en OECs in het olfactorisch systeem
tijdens herstel van zenuwschade laten zien. Uit deze profielen hebben we 106
genen geselecteerd en functioneel onderzocht. Dit resulteerde in de identificatie
van twintig genen die in OECs tot expressie komen en die een positief effect
hebben op de uitgroei van zenuwcel uitlopers van primaire “dorsal root
ganglion” neuronen. Drie van deze eiwitten, S100A9, SCARB2 en SERPINI1 zijn
tot overexpressie gebracht in de beschadigde dorsale kolom in het ruggenmerg.
Overexpressie van een van deze eiwitten, scavenger receptor class B, member
2 (SCARB2), een lysosomaal eiwit dat betrokken is bij perifere myelinisatie,
metabolisme van cholesterol en bij beta-glucocerebrosidase transport,
resulteerde in verbeterde regeneratie van dorsale kolom vezels. Dit is de eerste
studie die de rol van SCARB2 in neuraal herstel laat zien.
In Hoofdstuk 3 is een bijzondere analytische methode toegepast, een metaanalyse, die erop gericht was de overlap te vinden tussen 5 gepubliceerde gen
expressie profielen van gekweekte OECs uit verschillende laboratoria. Meer
specifiek was het doel van deze meta-analyse om: (i) Genen te identificeren die
consequent hoog of laag tot expressie komen in meerdere profielen, en (ii) meer
inzicht te verkrijgen en daardoor nieuwe hypothesen te kunnen ontwikkelen
over de functie van OECs. Het uitvoeren van deze meta-analyse heeft
geresulteerd in een “Top-lijst” van 455 genen die uniform tot expressie komen
in OECs in de meerderheid van de datasets. Op deze “Top-lijst” hebben we een
gen-ontologie analyse gedaan. Een gen-ontologie analyse is een methode waarbij
gebruik wordt gemaakt van bekende functies van de gevonden genen en waarbij
geanalyseerd wordt of er een overrepresentatie is van genen met een bepaalde
functie. Uit deze analyse kwam naar voren dat er een overrepresentatie was van
genen die betrokken zijn in de uitgroei van zenuwuitlopers, bloedvat vorming,
cel migratie en immuun respons modulatie. Daarnaast hebben we een analyse
uitgevoerd waarbij we naar het interactie netwerk van al deze genen hebben
gekeken waardoor we 21 “Hub” genen konden identificeren die mogelijk een
sleutel rol in deze processen innemen.
Tot slot waren er zes genen die hoog tot expressie kwamen in de OECs in alle
gen expressie profielen. Ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase 2
(ENTPD2), was het gen met de hoogste expressie van deze zes. In Hoofdstuk 4,
laten we zien dat ook het ENTPD2 eiwit tot expressie komt in gekweekte OECs
243
N E DE R L A N D SE S A M E N VAT T I NG
en in OECs die geïmplanteerd zijn in het beschadigde ruggenmerg van de rat.
ENTPD2 komt tot expressie aan de buitenkant van OECs en is in staat om het erg
toxische extracellulaire ATP te hydrolyseren. Omdat dit ATP vrijkomt uit cellen
die doodgaan na een beschadiging van het ruggenmerg hebben wij de hypothese
geformuleerd dat deze ecto-ATPase activiteit van OECs deels verantwoordelijk is
voor de beschermende en pijn reducerende werking van OEC implantaten.
OECs overleven niet erg goed na implantatie in het beschadigde ruggenmerg. Een
betere overleving van de cellen zou waarschijnlijk resulteren in een langer durend
positief effect op het herstel van zenuwschade. In Hoofdstuk 5 beschrijven we
een studie waarbij voor het eerst in vivo bioluminiscentie wordt toegepast om
3 maanden lang non-invasief geïmplanteerde OECs en Schwann cellen (SCs) te
volgen na implantatie in het beschadigde ruggenmerg. Het bioluminiscente
signaal liet een sterke correlatie zien met klassieke histologische analyses van
de getransplanteerde cellen op twee verschillende tijdspunten na implantatie.
In vivo bioluminiscentie is een krachtige techniek die kan worden gebruikt om
de overleving van OECs en SCs in het beschadigde ruggenmerg te volgen zonder
de dieren op te offeren en een tijdrovende klassieke histologische analyse uit te
voeren. Deze techniek kan onderzoek faciliteren naar behandelingen die erop
gericht zijn om de overleving van geïmplanteerde cellen te bevorderen door
middel van een non-invasieve longitudinale methode.
Na implantatie in het beschadigde ruggenmerg mengen geïmplanteerde OECs
zich beter met de al aanwezige astrocyten en meningeale cellen (MCs) dan SCs.
In Hoofdstuk 6 laten we zien dat wanneer MCs en SCs samen gekweekt worden,
de SCs aggregeren. Maar wanneer de expressie van neuropiline-2 (NRP2) wordt
uitgeschakeld in SCs vermindert de aggregatie sterk en neemt het aantal losse
SCs toe. Het uitschakelen van neuropiline-1 (NRP1) versterkt juist de aggregatie
van SCs. Modificatie van NRP1 en/of NRP2 functie in SCs zou daarom een
goede methode kunnen zijn om SC integratie na implantatie in het beschadigde
ruggenmerg te bevorderen waardoor het weefsel permissiever gemaakt wordt
voor ingroeiende zenuwuitlopers.
In Hoofdstuk 7 worden de resultaten bediscussieerd. Het werk in dit proefschrift
heeft aan het licht gebracht dat OECs een aantal moleculaire eigenschappen
hebben die, naast de expressie van “klassieke” groeifactoren en celadhesie
moleculen, bijdragen aan de bijzondere regeneratieve eigenschappen van deze
cel.
244