Het onderzoek “WASF3 disrupts mitochondrial respiration and may mediate exercise intolerance in myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome [WASF3 verstoort de mitochondriale respiratie en kan bijdragen aan de inspanningsintolerantie bij myalgische encefalomyelitis/chronischevermoeidheidssyndroom]” zit boordevol mogelijkheden. Om te beginnen werd het gepubliceerd in The Proceedings of the National Academy of Sciences – een van de meest prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften ter wereld.
Verder werd het onderzoek uitgevoerd door onderzoekers van de National Institutes of Health (NIH) – een zeldzaamheid. Meestal denken we aan de NIH als een financieringsbron, maar de NIH heeft ook zijn eigen team van onderzoekers. De Intramurale ME/cvs-studie van Avindra Nath wordt bijvoorbeeld allemaal “intern” gedaan bij de NIH. Het is weliswaar een uitzondering.
Loop de lijst van auteurs af van “WASF3 disrupts mitochondrial respiration and may mediate exercise intolerance in myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome [WASF3 verstoort de mitochondriale ademhaling en kan een rol spelen bij inspanningsintolerantie in myalgische encefalomyelitis/chronischevermoeidheidssyndroom]” en je zal merken dat ze allemaal van de NIH zijn – en de overgrote meerderheid is van een instituut – het National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI) – dat niet bepaald staat te springen om onderzoek naar het chronischevermoeidheidssyndroom (ME/cvs) te doen of te financieren.
Ten slotte heeft de studie een leuke link met Avindra Nath (Nath en Brian Walitt van het NINDS Institute zijn coauteurs). De studie maakte gebruik van spiermonsters die verzameld waren uit Naths Intramurale studie van ME/cvs en de auteurs bedankten “de vele personen die verbonden zijn aan de ME/cvs-studie … die er voor zorgden dat we geanonimiseerde monsters van skeletspieren konden bekomen”.
Het verband met het chronischevermoeidheidssyndroom (ME/cvs)
Er is een fascinerende ontstaansgeschiedenis. Zoals gemeld in Science, “Een eiwit dat de energiecentra van cellen verstoort, kan een boosdoener zijn bij het chronischevermoeidheidssyndroom” (met dank aan Brandon voor de link). Paul Hwang, de projectleider van het onderzoek, was geïnteresseerd in een familie met een kankerbevorderende mutatie in een gen genaamd TP53, van wie iemand – een 38-jarige vrouw – toenemende vermoeidheid ondervond sinds ze op 16-jarige leeftijd infectieuze mononucleose [klierkoorts] kreeg.
Uitgebreide onderzoeken plaatsten haar in een soort grijs gebied dat velen kennen. Vermoedelijke diagnoses waren onder andere een niet-gedifferentieerde bindweefselaandoening, systemische lupus erythematosus en recentelijk het syndroom van Sjögren (maar blijkbaar niet het chronischevermoeidheidssyndroom). Testen op mitochondriale ziekten (sequencing van mitochondriaal genomisch DNA en onderzoeken van een skeletspierbiopsie) leverden niets op.
Op zoek naar afwijkingen in reactiepaden die verband houden met TP53, onderzochten ze spierweefselmonsters – en ze vonden zeer hoge niveaus van een eiwit met de naam WASF3 in haar stalen, maar niet in die van haar broers en zussen.
Onbekende ME/cvs-publicatie legt verband
Wat opdook in een literatuuronderzoek naar WASF3, was een ME/cvs-paper uit 2011, “Meta-analyse van het chronischevermoeidheidssyndroom door integratie van klinische, genexpressie-, SNP- en proteomische gegevens” met zijn eigen interessante achtergrondverhaal. De auteurs, die nooit meer over ME/cvs publiceerden, maakten deel uit van een buitengewone samenwerking opgezet door Suzanne Vernon van het CDC.
Toen zij bij de CDC werkte, leverde Vernon (die later onderzoeksdirecteur was voor Solve M.E. en nu onderzoeksdirecteur is voor het Bateman Horne Center) een van de eerste grootschalige inspanningen voor welke ziekte dan ook om symptoom-, klinische, laboratorium-, genexpressie- en proteomische gegevens te integreren.
De nieuwe ME/cvs-onderzoeksinspanning, genaamd de C3 Computational Challenge, bracht experten op het gebied van moleculaire biologie, epidemiologie, genomica, wiskunde, techniek en fysica samen om de gegevens te analyseren van 227 ME/cvs-patiënten die klinische evaluaties, slaapstudies, testen van cognitieve functie, autonomezenuwstelselfunctie en uitgebreide bloedonderzoeken hadden ondergaan tijdens een tweedaags ziekenhuisverblijf. Vernon zei dat het:
“een geweldige kans was om de beste en slimste koppen in de computerwetenschap los te laten op een echt moeilijk biologisch probleem. Het resultaat was dat we een schat aan informatie zouden krijgen van een baanbrekend onderzoek en een unieke dataset (het Wichita-onderzoek) om ons inzicht in ME/cvs te verbeteren en om misschien nieuwe mensen te strikken voor het oplossen van ME/cvs.”
De resultaten vulden uiteindelijk een heel nummer van het tijdschrift Pharmacogenomics in 2006 en brachten CDC-leider Julie Gerberding zo ver om publiekelijk te verklaren dat ME/cvs een echte en ernstige aandoening was die meer aandacht verdiende.
Vervolgens schakelde Vernon CAMDA (Conference on Critical Assessment of Massive Data Analysis) in om de enorme ME/cvs-dataset onder handen te nemen. CAMDA, dat sinds 2000 bestaat, nodigt onderzoekers uit om “complexe datasets te onderzoeken, vaak met nieuwe technologische platforms, uitzonderlijk grote cohorten en heterogene gegevensbronnen en -types”.)
De korte paper die de cruciale link legde tussen WASF3 en ME/cvs kwam uit de ME/cvs-CAMDA-campagne. Deze publicatie – die 11 genen naar voren schoof – stelde dat “in het bijzonder het gen WASF3 (ook bekend als WAVE3) mogelijk cytokines in de hersenen reguleert die betrokken zijn bij het mechanisme van vermoeidheid via de p38 MAPK regulerende route”.
Dat gen reguleert de productie van hersencytokines (denk aan neuro-inflammatie) via de p38 MAPK-route – die betrokken is bij de centrale (d.w.z. door de hersenen geproduceerde) mechanismen van vermoeidheid. Het artikel, dat zelfs in ME/cvs-kringen nooit veel aandacht heeft gekregen, is vrijwel genegeerd – tot nu dus.
NIH-onderzoekers halen alles uit de kast voor hun mitochondriale bevindingen
Het was opmerkelijk om te zien hoe deze (blijkbaar goed gefinancierde) onderzoekers steeds dieper in hun bevindingen doken.
Met behulp van een voetoefening beoordeelden de NHLBI-onderzoekers twee keer in welke mate haar fosfocreatine (PCr)-niveaus terugkwamen na de oefening en ze ontdekten twee keer dat ze een ongewoon lange herstelperiode had. De auteurs vermeldden een ME/cvs-studie uit 2004 die blijkbaar gelijkaardige bevindingen had.
Vervolgens ontdekten ze dat haar spierweefsels een lager zuurstofverbruik (lees energieproductie) vertoonden en een verminderd vermogen om elektronen over te brengen van complex III naar complex IV in de elektronentransportketen van de mitochondriën.
Toen kwam er een nieuwe vondst: een toename van 40% in de WASF3-eiwitniveaus gevolgd door een afname van 34% in het cytochroom-oxidase-enzym dat elektronen overdraagt van complex 3 naar 4 in de mitochondriën.
Vervolgens haalden ze met behulp van synthetisch RNA (shRNA) de WASF3-niveaus naar beneden, zowel in haar cellen als in die van gezonde mensen – en ze zagen dat de mitochondriale werking in de cellen van beiden verbeterde. Ze rapporteerden:
“Alles bij elkaar toonden deze resultaten aan dat primaire overmatige genexpressie van WASF3 in cellen leidt tot verstoring van de respiratie (energieproductie)”.
Ze maakten gebruik van de genetische overeenkomsten tussen WASF3 bij mensen en muizen om transgene muizen (met hoge WASF3) te creëren die bijzonder hoge WASF3-waarden in de skeletspieren produceerden. Een inspanningstest gaf aan dat de muizen met een hoog WASF3-gehalte hogere lactaatspiegels in het bloed produceerden – die ook aangetroffen zijn bij ME/cvs – en lagere glycogeenspiegels.
Het werd nog interessanter. Net als bij ME/cvs zagen de muizen er normaal uit, maar vertoonden ze een “opmerkelijke afname van 50% in maximale loopcapaciteit”. Hun grijpkracht was echter niet verminderd, noch waren de spieren structureel aangetast. De auteurs stelden dat de afname in uithoudingsvermogen volledig het gevolg bleek te zijn van de gevonden mitochondriale problemen.
Vervolgens verdiepten ze zich in WASF3 – dat blijkbaar niet bijzonder goed was bestudeerd met betrekking tot mitochondriaal functioneren – en ontdekten een aantal nieuwe manieren waarop het de mitochondriën beïnvloedt. Ze concludeerden:
“Overmatige genexpressie van WASF3 kan de vorming van mitochondriale supercomplexen verstoren…en de mitochondriale respiratie (energieproductie) verminderen”.
Een ruimer net uitgooien
Met dit alles in het achterhoofd was het tijd om een ruimer net uit te gooien en ME/cvs-patiënten uit Naths studie erbij te halen. Ze vonden niet alleen significant verhoogde WASF3-niveaus bij de ME/cvs-patiënten versus de gezonde controles, maar ook drastisch verlaagde cytochroomoxidase- en MTO1-niveaus. (MTO1 is een eiwit dat tot expressie komt in weefsels met een grote energiebehoefte, zoals de spieren).
Omdat WASF3 wordt gereguleerd door BiP (GRP78), een eiwit in het endoplasmatisch reticulum (ER) dat eiwitten controleert op kwaliteit, gingen de onderzoekers stroomopwaarts om te zien of de BiP-niveaus waren verlaagd – en deze waren zelfs nog sterker aangetast dan WASF3. Bovendien was een marker van endoplasmatische reticulumstress, genaamd PERK, hoog.
Met cytochroomoxidaseniveaus die negatief gecorreleerd waren met WASF3- en PERK-niveaus, leek het erop dat de onderzoekers een mooi sluitend pakket van ontregeling hadden ontdekt – en nu was het gestresste endoplasmatisch reticulum aan de beurt.
Hoge stressreactie van endoplasmatisch reticulum
Het endoplasmatisch reticulum regelt de eiwitvouwing, het eiwittransport en de -synthese. Vorm betekent alles in het lichaam en als de eiwitten niet op de juiste manier in hun ingewikkelde vorm worden gevouwen, kunnen ze niet functioneren. Als de hoeveelheid ongevouwen proteïnen toeneemt, treedt de stressreactie van het endoplasmatisch reticulum op. Onder andere virale infecties en hoge niveaus van oxidatieve stress kunnen een ER-respons uitlokken.
ER-stress wordt aangetroffen bij neurodegeneratieve ziekten, diabetes, stofwisselingssyndromen en kanker. Gezien het probleem van verkeerd gevouwen eiwitten bij de ziekte van Alzheimer is het geen verrassing dat ER-stress en hoe dit te verhelpen, een belangrijk aandachtspunt begint te worden bij die ziekte. Verschillende natuurlijke verbindingen en geneesmiddelen (Berberine, Crocin, Bajijiasu, Echinacoside, Ginsenoside-Rg1, Salubrinal, Taurodeoxycholzuur) worden overwogen bij de ziekte van Alzheimer. Metformine – dat werd gesuggereerd voor fibromyalgie, ME/cvs en langdurige COVID – is een remmer van de ER-stressrespons.
Het resultaat van dit alles was dat de auteurs lieten zien dat “WASF3, veroorzaakt door ER-stress, de vorming van respiratoire supercomplexen verstoort en het mitochondriale zuurstofverbruik (energieproductie) vermindert, wat een moleculaire verklaring biedt voor de symptomen van energietekort bij inspanningsintolerantie en malaise na inspanning bij een patiënt met chronische vermoeidheid.”
Ze toonden ook aan – althans in het laboratorium – dat een vermindering van de endoplasmatische reticulumstress in de cellen van een ME/cvs-patiënt hun mitochondriale werking verbeterde; d.w.z. ze geloven dat hun bevinding “therapeutische implicaties zou kunnen hebben voor het verlichten van vermoeidheidssymptomen bij ME/cvs”.
Ze suggereerden dat een gelijkaardig scenario zou kunnen spelen bij langdurige COVID en bij andere vermoeiende reumatische aandoeningen zoals fibromyalgie en reumatoïde artritis.
Conclusie
Men heeft zich niet ingehouden bij dit onderzoek. Alle zeilen werden bijgezet door enkele NHLBI-onderzoekers die blijkbaar erg geïnteresseerd zijn geraakt in ME/cvs.
De auteurs waren voldoende enthousiast over de WASF3-vondst om dieper te graven en uiteindelijk substantiële inzichten toe te voegen aan de rol die WASF3 speelt in de mitochondriën. Zijn vermogen om de mitochondriale enzymsupercomplexen in ME/cvs te verstoren, was opmerkelijk omdat genetische aandoeningen die deze supercomplexen afremmen, gekenmerkt worden door, je raadt het al, inspanningsintolerantie. De auteurs stelden zelfs dat hoge WASF3-niveaus in de hersenen kunnen bijdragen tot mitochondriale problemen en hersenmist bij ME/cvs.
Deze saga – die zich afspeelde door een (niet-gediagnosticeerde) ME/cvs-patiënt in een kankeronderzoek en een obscuur wetenschappelijk artikel dat 15 jaar geleden voortkwam uit een nieuw en verkennend onderzoek – laat zien hoe serendipiteit kan toeslaan in de medische wereld.
Akiko Iwasaki, een immunobioloog aan de Yale School of Medicine vertelde aan Science dat de studie “zeer goed gedaan” was. Ze waarschuwde wel dat het verdachte eiwit waarschijnlijk “een stukje van de puzzel is, in tegenstelling tot een verklaring voor de hele ziekte” en dat het zou kunnen fungeren als een van de “tussenschakels” tussen wat de ziekte aanwakkert en symptomen zoals vermoeidheid.
Ze heeft waarschijnlijk gelijk gezien de vele andere aanwijzingen (verstoorde autofagie, verminderd vetzuurmetabolisme, hoge niveaus van intracellulair calcium, complex V-ontregeling, HHV-6 reactivering/mitochondriale fragmentatie, citraatsynthasedeficiëntie, aangeboren fouten in het metabolisme) dat de mitochondriën betrokken zijn bij ME/cvs. Wat we echt nodig hebben, is een “alle-hens-aan-dek”-aanpak voor de mitochondriën.
Pere Puigserver, een celbioloog aan de Harvard Medical School, vertelde aan Science dat het niet duidelijk was of ER-stress het probleem was of dat het de mitochondriën waren. Bovendien merkte hij op dat WASF3 zoveel rollen speelt in het lichaam dat hoge niveaus ook andere problemen kunnen veroorzaken.
Deze kleine studie moet verder gevalideerd worden, maar één cruciaal onderdeel van de studie geeft ons meer hoop dan normaal dat deze resultaten op het goede spoor zitten. De studie gebruikte spiermonsters van ME/cvs-patiënten uit de Intramurale studie van Avindra Nath die een tergend gedetailleerd proces ondergingen om er zeker van te zijn dat ze alleen ME/cvs hadden. Ze werden eerst gecontroleerd door een team van ME/cvs-experten en ondergingen daarna een week van intensieve testen. Deze patiënten en de stalen die ze achterlieten, zijn als goud in een onderzoekswereld waar ME/cvs vaak wordt beschouwd als een heterogene, moeilijk te bestuderen ziekte.
Avinda Nath en Brian Walitt van de Intramurale studie naar ME/cvs zijn duidelijk op de hoogte van het onderzoek. Vroege rapporten suggereerden dat Nath wellicht mitochondriale afwijkingen zou vinden bij ME/cvs. Meer recent meldde Nath dat hij “consistente biologische problemen” had gevonden en voorspelde hij dat de studie het ME/cvs-veld “op een belangrijke manier” vooruit zou helpen en in de richting van klinische geneesmiddelenonderzoeken. Als zowel Nath als dit team mitochondriale afwijkingen vonden bij ME/cvs, dan is het misschien tijd voor de NIH om deze kwestie de volle aandacht te geven die het nodig heeft en een RFA-subsidieaanvraag uit te schrijven.
Paul Hwang, de verantwoordelijke voor het NIH-onderzoek, vertelde aan Science dat hij naar behandelingsmogelijkheden kijkt en hoopt op een klinisch onderzoek.
Paul Hwang, de verantwoordelijke voor dit onderzoek, is op zoek naar medicijnen die ER-stress verminderen of de WASF3-niveaus verlagen om ze te gebruiken in een klinisch onderzoek. Directeur Walter Koroshetz van het NINDS meldde dat Hwang en Nath blijven samenwerken.
De kernpunten
🔹Deze studie “WASF3 verstoort de mitochondriale respiratie en kan een rol spelen bij inspanningsintolerantie in myalgische encefalomyelitis/chronischevermoeidheidssyndroom” viel in een aantal opzichten op. Ze werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences – een van de meest prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften, en werd geproduceerd door onderzoekers van de National Institutes of Health (NIH) – een zeldzaamheid.
🔹Het begon met een onderzoek naar een kankerbevorderende mutatie bij een 38-jarige vrouw die last had van toenemende vermoeidheid sinds ze op 16-jarige leeftijd infectieuze mononucleose had opgelopen.
🔹In haar spierweefsel werden hoge niveaus van een eiwit met de naam WASF3 aangetroffen. Toen de onderzoekers een verband vonden met WASF3 in een onbekende paper uit 2011 over ME/cvs, waren ze geïntrigeerd door haar ernstige vermoeidheid.
🔹Die publicatie was een van de vele die voortkwamen uit een baanbrekende ME/cvs-samenwerking van Suzanne Vernon bij de CDC, die een enorme dataset afkomstig van honderden ME/cvs-patiënten gaf aan een groep die gespecialiseerd was in computeruitdagingen. Het kleine artikel had tot nu toe echter nooit de aandacht getrokken.
🔹Verschillende testen stelden vast dat de cellen van de vrouw minder energie produceerden en, in het bijzonder, een defect hadden in hun vermogen om elektronen over te brengen van complex III naar complex IV in de elektronentransportketen in de mitochondriën.
🔹Een toename van 40% in haar WASF3-eiwitspiegels in combinatie met een toename van 34% in het cytochroomoxidase-enzym bevestigde de zaak: de overgang van complex 3 naar complex 4 in de mitochondriën was een ramp.
🔹Toen ze de WASF3-niveaus in haar cellen omlaag brachten, verbeterde haar mitochondriale werking. Ze rapporteerden: “Alles bij elkaar toonden deze resultaten aan dat primaire overmatige genexpressie van WASF3 in cellen leidt tot verstoring van de respiratie (energieproductie)”.
🔹Vervolgens kweekten ze muizen met een hoog WASF3-gehalte die hoge lactaatniveaus in het bloed produceerden tijdens inspanning – wat ook gevonden is bij ME/cvs. De muizen zagen er wel normaal uit, maar hadden een “opmerkelijke vermindering van 50% in maximale loopcapaciteit”.
🔹ME/cvs-patiënten uit de grote ME/cvs-studie van Avindra Nath werden erbij gehaald en bleken ook significant verhoogde WASF3-niveaus te hebben, evenals aanwijzingen voor problemen bij de overgang van complex 3 naar 4 in de mitochondriën.
🔹Vervolgens zochten ze “stroomopwaarts”: om te zien of het endoplasmatisch reticulum, dat de WASF3-productie reguleert, goed functioneerde. Ze vonden een puinhoop van problemen met het endoplasmatisch reticulum en concludeerden dat er hoge niveaus van endoplasmatische reticulumstress aanwezig zijn bij ME/cvs.
🔹Het resultaat van dit alles was dat een nieuwe mitochondriale afwijking die de energieproductie vermindert, werd gevonden bij ME/cvs. De auteurs stelden dat hun bevinding een moleculaire verklaring bood voor de symptomen van energietekort zoals inspanningsintolerantie en malaise na inspanning bij een patiënt met chronische vermoeidheid.”
🔹Het onderzoek was ook opmerkelijk doordat het team zo diep groef dat het zelfs nieuwe manieren ontdekte waarop WASF3 de mitochondriën beïnvloedde en genetisch gemodificeerde muizen creëerde.
🔹Bij het onderzoek was ook het team van Avindra Nath betrokken. In een vroeg stadium suggereerden rapporten dat Nath mitochondriale afwijkingen had gevonden bij ME/cvs. Sindsdien heeft Nath gerapporteerd dat zijn 5 jaar durende intensieve studie van ME/cvs succesvol was en het veld vooruit zal helpen, ook in de richting van klinische proeven. De tijd zal het leren, maar men zou zich een aanzienlijke inspanning van de NIH kunnen voorstellen met betrekking tot de mitochondriën bij ME/cvs.
🔹ER-stress wordt ook bij andere aandoeningen aangetroffen en er worden supplementen en geneesmiddelen onderzocht. Het NIH-team kijkt nu naar medicijnen die ER-stress verminderen in de hoop op een klinische trial voor ME/cvs.
© Health Rising, 16 augustus 2023. Vertaling Els, redactie ME-gids.
