Epigenetische veranderingen bij burn-out en depressie

Burn-out en depressie vormen enkele van de belangrijkste volksgezondheids- en socio-economische uitdagingen in onze moderne samenleving. Burn-out overlapt ook met depressie, wat de klinische evaluatie bemoeilijkt. Ondanks het groeiend onderzoek naar burn-out, blijf onze kennis over achterliggende biologische mechanismen beperkt, evenals de vergelijking met depressie. Recent wordt epigenetica beschouwd als één van de belangrijkste mechanismes waarbij omgeving en genetica met elkaar interageren. Tot op heden zijn er immers amper studies uitgevoerd naar epigenetische veranderingen in burn-out. Daarentegen zijn epigenetische mechanismen bij depressie enigszins bestudeerd, maar vaak zonder gelijktijdige beoordeling van hun functionele effecten. Daarentegen zijn epigenetische mechanismen bij depressie enigszins bestudeerd, maar vaak zonder gelijktijdige beoordeling van hun functionele effecten. Daarom was het hoofddoel van dit doctoraatsproject om de epigenetische veranderingen in burn-out en depressie te onderzoeken en vergelijken.

Hiervoor hebben we eerst een systematische literatuurstudie uitgevoerd (Hoofdstuk 2) om meer inzicht te krijgen in mogelijk significante genen en pathways waarop we ons verder kunnen concentreren in de klinische studies. Op basis van de uitkomsten van Hoofdstuk 2 hebben we een selectie gemaakt van genen waarop we ons hebben gericht in de klinische studies: het glucocorticoid receptorgen (NR3C1), het serotonine transportergen (SLC6A4) en het brain-derived neurotrophic factorgen (BDNF).

In Hoofdstuk 3 hebben we een gevoelige en specifieke UPLC/MS-MS-methode ontwikkeld voor de gelijktijdige identificatie en kwantificering van speekselcortisol en cortisone, met verbeterde prestaties in vergelijking met de vorige methoden. Daarnaast hebben we de impact van verschillende covariaten en de temporele variabiliteit van deze hormonen bij gezonde individuen gedurende 1 week beoordeeld. We concludeerden dat zowel cortisol als cortisone een hoge dagelijkse variabiliteit vertonen en we identificeerden de belangrijkste covariaten die zorgen voor fluctuaties. Deze methode werd toegepast om cortisol en cortisone in het speeksel te kwantificeren in Hoofdstuk 4 en de covariaten werden opgenomen in de statistische modellen in dit hoofdstuk.

De Hoofdstukken 4-7 waren gebaseerd op twee klinische studies: een cross-sectionele studie bij proefpersonen met burn-out en gezonde controles en een longitudinale studie bij depressieve patiënten en gezonde controles. In Hoofdstuk 4 en 5 onderzochten we DNA-methylatiepatronen van stressgerelateerde genen (NR3C1 en SLC6A4) bij burn-out (Hoofdstuk 4) en depressie (Hoofdstuk 5), samen met functionele metingen van de hypothalamus hypofyse bijnier (HPA-) as (cortisol en cortisone). In Hoofdstuk 4 hebben we een algehele verminderde NR3C1-methylatie ontdekt bij burn-outpatiënten in vergelijking met gezonde controles, wat wijst op een mogelijk verhoogde expressie en de algehele verhoogde gevoeligheid van de HPA-as bij burn-out. Wat deze hypothese ook zou kunnen ondersteunen, is het feit dat we een negatief verband hebben waargenomen tussen speeksel cortisoneniveaus en de gemiddelde NR3C1-methylering en een duidelijke toename van cortisoneniveaus in de burn-outgroep.

Daarentegen hebben we in Hoofdstuk 5 een uniform verhoogde methylatie van NR3C1 gevonden bij depressieve patiënten in vergelijking met de controlegroep. Bovendien was er verminderde cortisolreactiviteit op een psychosociale stressfactor in het laboratorium bij depressieve patiënten gevonden en het directe verband tussen deze uitslag en de gemiddelde NR3C1-methylatie, wat deze bevinding overtuigend en solide maakt. Een andere nieuwe bevinding in deze studie was de voorspellende waarde van de NR3C1-methylatie bij baseline voor symptoomverbetering bij de follow-up van 8 weken, wat ook potentiële translationele implicaties zou kunnen hebben, aangezien er veel wordt gedaan om biomarkers van behandelingsresistentie te identificeren bij depressie. Ten slotte is een interessante observatie dat we een verhoogde DNA-methylatie op exact dezelfde CpG-positie (CpG8, chr17:4835) van het SLC6A4-gen vonden bij zowel burn-out als depressie, die negatief geassocieerd werd met cortisol niveaus in beide uitkomsten, wat wijst op mogelijk gedeelde epigenetische mechanismen tussen deze twee fenotypes.

In Hoofdstuk 6 en 7 leggen we de focus op het toelichten van de rol van BDNF-methylatie bij burn-out (Hoofdstuk 6) en depressie (Hoofdstuk 7). In Hoofdstuk 6 hebben we een algemeen polymorfisme in het BDNF-gen (Val66Met), DNA-methylatie van verschillende BDNF-regio's en serum niveaus van het BDNF-eiwit bij personen met burn-out en gezonde controles onderzocht. We toonden hypermethylatie van de BDNF-promotor van exon I en IV bij personen met burn-out in vergelijking met gezonde controles aan, wat ook werd geassocieerd met downregulatie van de BDNF-eiwitniveaus in serum en werd geassocieerd met burn-out symptomen. We hebben geen rol van het gewone BDNF-polymorfisme in deze associaties gevonden, wat wijst op de afwezigheid van genetische kwetsbaarheid op deze specifieke locus, maar eerder op de invloed van omgevingscomponent in BDNF-regulatie bij burn-out.

In Hoofdstuk 7 hebben we het algemeen polymorfisme in het BDNF-gen en DNA-methylatie van verschillende BDNF-regio’s onderzocht bij depressie, met focus op twee specifieke uitkomsten die een belangrijke rol spelen in het BDNF-pad: 1) anhedonie en beloningsgevoelig leergedrag en 2) cognitieve prestaties. Interessant genoeg hebben we een verminderde methylatie van BDNF-promotor I gevonden bij depressieve patiënten in vergelijking met gezonde controles, wat tegengesteld is met onze bevindingen in burn-out. Bovendien werd er een matigingseffect gevonden van BDNF-methylatie op de associatie tussen het BNDF-polymorfisme en verminderd beloningsgevoelig leergedrag. Dit zou een onderscheidend punt kunnen zijn tussen burn-out en depressie op biologisch niveau, wat aangeeft dat de verhoogde expressie van BDNF specifieker kan zijn voor depressie, meer bepaald met betrekking tot trajecten die betrokken zijn bij anhedonie en beloningsgevoelig leergedrag, die niet noodzakelijkerwijs verstoord zijn bij burn-out. Ten slotte hebben we de associatie waargenomen tussen het BDNF-polymorfisme en cognitieve prestaties (in het uitvoerende domein) bij depressieve patiënten, die bemiddeld was door methylatie van exon IX. Dit geeft aan dat exon-specifieke epigenetische regulatie van BDNF een andere rol zou kunnen spelen als het gaat om verschillende functionele uitkomsten (anhedonie vs. cognitieve prestaties) bij depressie.

Samenvattend hebben we DNA-methylatieveranderingen waargenomen in stressgerelateerde genen bij burn-out en depressie, die functionele effecten hadden op het BDNF-pad en het functioneren van de HPA-as. Sommige geïdentificeerde patronen lijken te worden gedeeld tussen deze twee fenotypes (SLC6A4-methylatie), terwijl andere in tegengestelde richting zijn veranderd (BDNF en NR3C1). Toekomstige replicatiestudies op grotere steekproeven en longitudinale studies om de evolutie van deze epigenetische patronen in de loop van de tijd en in verschillende stadia van symptoomprogressie en -herstel beter te begrijpen zijn nodig om de kennis over dit onderwerp te verdiepen en het potentiële translationele nut ervan te begrijpen.