Grote verschillen in genexpressie tussen witte- en grijzestofdemyelinisatie bij MS

Resultaten van karakterisering en RNA-sequencing van witte- en grijzestoflaesies in leukocorticale laesies van MS-patiënten suggereren dat er aan beide demyelinisatieprocessen heel verschillende pathologische mechanismen ten grondslag liggen. Deze verschillen worden gedefinieerd door een verandering in genregulatie terwijl het aantal cellen in de laesies niet veel afwijkt van die van normale grijze en witte stof. Inzicht in genexpressieprofielen van witte- en grijzestoflaesies hebben mogelijk implicaties voor de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor MS.

Achtergrond

Wittestofafwijkingen (demyelinisatie) bij MS gaat samen met een disfunctionele bloed-hersenbarrière. Het gevolg is een infiltratie van leukocyten in het centrale zenuwstelsel. In post-mortem materiaal van MS-patiënten worden deze leukocyten en geactiveerde microgliacellen gevonden in wittestoflaesies. In grijzestoflaesies zijn perifere leukocyten afwezig en worden immuunreactieve microglia slechts sporadisch aangetroffen. Bovendien zijn wittestoflaesies goed detecteerbaar met MRI, terwijl voor de identificatie van grijzestoflaesies histologisch onderzoek nodig is. Van Wageningen en collega’s onderzochten waardoor deze verschillen in immuunactivatie en pathologie worden veroorzaakt.

De verschillen tussen wittestoflaesies en grijzestoflaesies zijn het duidelijkst in leukocorticale laesies. Deze laesies vertonen demyelinisatie in een gebied dat zowel grijze als witte stof bevat. Mogelijke confounding factoren die kunnen interfereren met de resultaten worden hierdoor uitgesloten. Om te kijken naar verschillen in genexpressie in grijze- en wittestoflaesies maakten Van Wageningen et al. gebruik van lasermicrodissectie van humane post-mortem leukocorticale laesies in combinatie met RNA-sequencing.

Resultaten

Van 8 MS-patiënten (7 vrouwen, gemiddelde leeftijd 57 jaar) zijn 4 samples geanalyseerd met 3’ mRNA-sequencing: normaal ogende grijze stof (‘normal-appearing gray matter’, NAGM) , grijzestoflaesie, normaal ogende witte stof (‘normal-appearing white matter’, NAWM) en wittestoflaesie. Hieruit bleek dat de immuunrespons in NAWM hoger is dan die in NAGM. Zoals verwacht was de immuunrespons in laesies hoger dan in normaal weefsel. De overlap in genexpressie tussen grijze- en wittestoflaesies bleek niet zo groot: slechts 30 genen waren in zowel grijze- als wittesoflaesies geüpreguleerd en 141 genen bleken in zowel grijze- als wittestoflaesies gedownreguleerd te zijn. Op basis van de genexpressieprofielen van grijze- en wittestoflaesies wordt gesteld dat er zeer verschillende processen gaande zijn in wittestoflaesies en grijzestoflaesies.

De grootste set gedownreguleerde genen bleek gerelateerd aan demyelinisatie en oligodendrocyten. Een kwantificatie van endogene hersencellen in grijze- en wittestoflaesies en NAGM/NAWM liet zien dat er geen verschillen waren in aantallen microglia en astrocyten tussen normaal ogend weefsel en laesies. Ook was er geen sprake van een groot verlies van neuronen in grijzestoflaesies vergeleken met NAGM. Wel was sprake van verhoogde reactiviteit in laesies ten opzichte van NAGM/NAWM. De respons van endogene hersencelen in leukocorticale laesies wordt dus mogelijk veroorzaakt door genregulatie en niet door veranderingen in aantallen cellen.

De geüpreguleerde genen in grijzestoflaesies zijn genen betrokken bij processen zoals celadhesie en organisatie van de extracellulaire matrix. Het bleek met name te gaan om microglia-gerelateerde genen die zijn gereguleerd in grijzestoflaesies en in mindere mate om astrocyt-gerelateerde genen. Microglia en astrocyten spelen mogelijk een rol in de regulatie van infiltratie van leukocyten in leukocorticale grijzestoflaesies.

In de wittestoflaesies werd gevonden dat de geüpreguleerde genen met name betrokken zijn bij synaptische en cel-celsignalering. Microglia-genen zijn amper betrokken, terwijl veel astrocytaire genen zijn gereguleerd en ook neuronale genen. Demyelinisatie in witte stof in leukocorticale laesies wordt met name gedefinieerd door axonale schade en een daaropvolgende astrocytenrespons.

Conclusies

Lasermicrodissectie en RNA-sequencing zijn in deze studie voor het eerst gecombineerd om genexpressie te onderzoeken in vooraf gekarakteriseerde grijze- en wittestoflaesies. Deze methode verschaft nieuwe inzichten in de verschillen in genexpressie in witte- en grijzestoflaesies bij MS. Deze hebben mogelijk implicaties voor de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.

Referentie

Van Wageningen TA, Gerrits E, Brouwer N, et al. RNA-sequencing of leukocortical lesions from multiple sclerosis patients reveals little overlap in gene expression between white and grey matter demyelination. Gepresenteerd tijdens ECTRIMS 2019; abstract 163.