< Terug naar vorige pagina
Project
De zoektocht naar toxine-afgeleide modulatoren voor spanningsafhankelijke natriumkanalen en hun in vivo effecten in auto-immune encephalomyelitis
Spanningsafhankelijke natriumkanalen (afgekort als Navs) zijn kleine eiwitten die zich in de celmembraan bevinden van prikkelbare cellen zoals zenuwcellen. Ze spelen een belangrijke rol in het ontstaan en geleiden van elektrische signalen in het menselijk lichaam en liggen aan de basis van een actiepotentiaal. Omwille van deze cruciale rol in prikkelgeleiding leiden defecten in deze kanalen onvermijdelijk tot ernstige fysiologische afwijkingen. Zo liggen beschadigde kanalen aan de basis van ziekteszoals epilepsie en het long QT syndroom. Recent werd aangetoond dat deze kanalen ook een belangrijke rol kunnen spelen in het ontstaan van multiple sclerose (MS). Deze ziekte wordt gekenmerkt door de afbraak van hetisolerende myelinelaagje rond de zenuwen, een sterke neuroinflammatoirereactie en het verlies van zenuwen in het centraal zenuwstelsel.
Er bestaan verschillende types Navs. Voor enkele van deze types werden veranderingen aangetoond die kunnen bijdragen aan het verloop van MS. Zo kon bijvoorbeeld een verhoogde expressie worden vastgesteldvan de types Nav1.2 en Nav1.6 in actieve MS ontstekingen. De verhoogde instroom van natriumionen die dit met zich meebrengt, werd gesuggereerd aan de oorzaak te liggen van de neuronale schade die ontstaat in latere stadia van de ziekte. Het blokkeren van deze kanalen zou bijgevolg neuroprotectief kunnen werken. Deze resultaten hebben geleid tot het opstarten van enkele klinische studies waarin het gebruik wordt nagegaan van Navblokkerende stoffen. De hierin geteste stoffen werken echter op een groot aantal Navs zonder specifiek te zijn voor de vermelde types. In deze thesis werd daarom getracht nieuwe stoffen te zoeken die specifiek inwerken op de MS-gerelateerde types. Hierbij werd gezocht naar toxines in het venoom van onder andere een zeeanemoon, schorpioen, solitaire wesp en zeeslak. Het gif van deze dieren staat er namelijk om bekend om toxines te bevatten die inwerken op specifieke types van natriumkanalen.
In het eerste hoofdstuk werden twee op elkaar lijkende toxines uit twee solitaire wespen gekarakteriseerd. Het β-pompilidotoxine (β-PMTX) bleek een specifiek effect te hebben op Nav1.6 en werd verder onderzocht. Hierbij kon worden aangetoond dat het toxine de snelle activatiefase van Nav1.6 doet afnemen op een dosisafhankelijke wijze. Dit doet de netto instroom van natriumionen verminderen. Bovendien doet het toxine een steady-state stroom ontstaan. Dit is typisch voor toxines die op een bepaalde plaats op het natriumkanaal binden, namelijk site 3. Het β-PMTX toxine vertoonde echter de unieke eigenschapdit effect te combineren met de vermelde afname van de snelle activatiefase.
Ook in het gif van zeeslakken zijn toxines te vinden die natriumkanalen blokkeren. Deze toxines worden µ-conotoxines genoemd. In het tweede hoofdstuk werden synthetische peptiden ontworpen, gebaseerd op bestaande µ-conotoxines afkomstig uit het venoom van de zeeslakken Conus kinoshitai en Conus bullatus. Er werd getracht een zo klein mogelijk peptide te ontwerpen, dat toch de typische kenmerkenvan de originele peptides behield. Deze kenmerken betreffen een sterke blok van Navs vanaf nanomolaire concentraties, een effect op welbepaaldeNav types en een korte aminozuur sequentie. Het initieel ontworpen peptide werd Mini peptide genoemd. Het bleek specifiek de types Nav1.2, Nav1.4 en Nav1.6 te blokkeren met een activiteit vanaf micromolaire concentraties. Vervolgens werd een reeks analoge peptiden ontworpen, gebaseerdop dit Mini peptide. Drie peptiden (Midi peptide, R1-Midi en R2-Midi) bleken hierbij succesvol te zijn. Specifieke blok van Nav1.2, Nav1.4 en Nav1.6 werd waargenomen bij nanomolaire concentraties. Bovendien kon er een NMR structuur worden bepaald van het Midi peptide, waarbij geen α-helix als secundaire structuur werd gevonden. Hiermee vormt het Midi peptide het eerste µ-conotoxine-afgeleide peptide waarvoor dezeunieke eigenschap werd aangetoond.
In het laatste hoofdstuk werden de in vivo effecten van het β-PMTX en Midi peptide nagegaan in een veelgebruikt muizenmodel van MS genaamd experimentele auto-immune encephalomyelitis (EAE). Op basis van bestaande resultaten met Nav blokkers werd voor het Midi peptide een verbetering van de klinische score van de EAE muizen verwacht. Het Midi peptide bleek de klinische scores echter te verergeren. Er werd met verschillende technieken geprobeerd om afte leiden welke celonderdelen aan de basis lagen van deze versnelde achteruitgang. Er kon worden aangetoond dat Nav1.2 en Nav1.6 verhoogd werden aangemaakt in de hersenen van muizen die behandeld werden met Midi. Uit de resultaten kon echter niet eenduidig worden afgeleid welke onderliggende mechanismen aan de basis lagen van de verergering. Onze resultatenkunnen het gebruik van Nav blokkers in de behandeling van MS niet verder onderbouwen. Wel kan hieruit worden opgemaakt dat Navs een complexe rol spelen in de pathogenese van MS en dat er nood is aan het ophelderen van de rol van Nav blokkers in de pathologie van MS.
Er bestaan verschillende types Navs. Voor enkele van deze types werden veranderingen aangetoond die kunnen bijdragen aan het verloop van MS. Zo kon bijvoorbeeld een verhoogde expressie worden vastgesteldvan de types Nav1.2 en Nav1.6 in actieve MS ontstekingen. De verhoogde instroom van natriumionen die dit met zich meebrengt, werd gesuggereerd aan de oorzaak te liggen van de neuronale schade die ontstaat in latere stadia van de ziekte. Het blokkeren van deze kanalen zou bijgevolg neuroprotectief kunnen werken. Deze resultaten hebben geleid tot het opstarten van enkele klinische studies waarin het gebruik wordt nagegaan van Navblokkerende stoffen. De hierin geteste stoffen werken echter op een groot aantal Navs zonder specifiek te zijn voor de vermelde types. In deze thesis werd daarom getracht nieuwe stoffen te zoeken die specifiek inwerken op de MS-gerelateerde types. Hierbij werd gezocht naar toxines in het venoom van onder andere een zeeanemoon, schorpioen, solitaire wesp en zeeslak. Het gif van deze dieren staat er namelijk om bekend om toxines te bevatten die inwerken op specifieke types van natriumkanalen.
In het eerste hoofdstuk werden twee op elkaar lijkende toxines uit twee solitaire wespen gekarakteriseerd. Het β-pompilidotoxine (β-PMTX) bleek een specifiek effect te hebben op Nav1.6 en werd verder onderzocht. Hierbij kon worden aangetoond dat het toxine de snelle activatiefase van Nav1.6 doet afnemen op een dosisafhankelijke wijze. Dit doet de netto instroom van natriumionen verminderen. Bovendien doet het toxine een steady-state stroom ontstaan. Dit is typisch voor toxines die op een bepaalde plaats op het natriumkanaal binden, namelijk site 3. Het β-PMTX toxine vertoonde echter de unieke eigenschapdit effect te combineren met de vermelde afname van de snelle activatiefase.
Ook in het gif van zeeslakken zijn toxines te vinden die natriumkanalen blokkeren. Deze toxines worden µ-conotoxines genoemd. In het tweede hoofdstuk werden synthetische peptiden ontworpen, gebaseerd op bestaande µ-conotoxines afkomstig uit het venoom van de zeeslakken Conus kinoshitai en Conus bullatus. Er werd getracht een zo klein mogelijk peptide te ontwerpen, dat toch de typische kenmerkenvan de originele peptides behield. Deze kenmerken betreffen een sterke blok van Navs vanaf nanomolaire concentraties, een effect op welbepaaldeNav types en een korte aminozuur sequentie. Het initieel ontworpen peptide werd Mini peptide genoemd. Het bleek specifiek de types Nav1.2, Nav1.4 en Nav1.6 te blokkeren met een activiteit vanaf micromolaire concentraties. Vervolgens werd een reeks analoge peptiden ontworpen, gebaseerdop dit Mini peptide. Drie peptiden (Midi peptide, R1-Midi en R2-Midi) bleken hierbij succesvol te zijn. Specifieke blok van Nav1.2, Nav1.4 en Nav1.6 werd waargenomen bij nanomolaire concentraties. Bovendien kon er een NMR structuur worden bepaald van het Midi peptide, waarbij geen α-helix als secundaire structuur werd gevonden. Hiermee vormt het Midi peptide het eerste µ-conotoxine-afgeleide peptide waarvoor dezeunieke eigenschap werd aangetoond.
In het laatste hoofdstuk werden de in vivo effecten van het β-PMTX en Midi peptide nagegaan in een veelgebruikt muizenmodel van MS genaamd experimentele auto-immune encephalomyelitis (EAE). Op basis van bestaande resultaten met Nav blokkers werd voor het Midi peptide een verbetering van de klinische score van de EAE muizen verwacht. Het Midi peptide bleek de klinische scores echter te verergeren. Er werd met verschillende technieken geprobeerd om afte leiden welke celonderdelen aan de basis lagen van deze versnelde achteruitgang. Er kon worden aangetoond dat Nav1.2 en Nav1.6 verhoogd werden aangemaakt in de hersenen van muizen die behandeld werden met Midi. Uit de resultaten kon echter niet eenduidig worden afgeleid welke onderliggende mechanismen aan de basis lagen van de verergering. Onze resultatenkunnen het gebruik van Nav blokkers in de behandeling van MS niet verder onderbouwen. Wel kan hieruit worden opgemaakt dat Navs een complexe rol spelen in de pathogenese van MS en dat er nood is aan het ophelderen van de rol van Nav blokkers in de pathologie van MS.
Datum:1 nov 2008 → 28 sep 2012
Trefwoorden:Multiple sclerosis
Disciplines:Laboratoriumgeneeskunde, Palliatieve zorg en zorg rond het levenseinde, Regeneratieve geneeskunde, Andere basiswetenschappen, Andere gezondheidswetenschappen, Verpleegkunde, Andere paramedische wetenschappen, Andere translationele wetenschappen, Andere medische en gezondheidswetenschappen
Project type:PhD project