Eric Schadt, de hoofdauteur van de studie, is geen doorsnee onderzoeker, en Phillip Comella, de hoofdauteur, heeft persoonlijke ervaring met mysterieuze ziekten en moeilijke diagnoses.
Als biomathematicus en bio-ingenieur staat Schadt al jaren aan de top van de biocomputationele technologieën. Het doel van Schadt is altijd geweest om de biologische basis van ziekten te doorgronden. Hij is een systeemman. Onze genen werken tenslotte niet geïsoleerd, ze werken in systemen. Schadt gelooft dat veel potentiële therapieën faalden omdat ze geen rekening hielden met de systemen waaraan het gen deelnam.
Schadt wilde meer dan alleen maar bepaalde genen belichten – hij was een van de eersten die genetische gegevens gebruikte om “voorspellende netwerken” te construeren die zich richtten op de afwijkende biologische reactiepaden die deze veroorzaakten. Toen hij dat eenmaal gedaan had, keerde hij terug om deze analyses te gebruiken om zich te richten op de genen die daadwerkelijk een verschil maakten.
In 2011 richtte Schadt het nieuwe Icahn Institute for Genomics and Multiscale Biology op aan de Mount Sinai School of Medicine in New York. Het was rond die tijd dat Schadt voor het eerst opdook in het ME/cvs-domein. Zoals MEpedia in 2011 en 2013 meldde, sprak Dr. Schadt over “het toepassen van zijn geavanceerde expertise op ME/cvs” in twee ME/cvs-conferenties.
En dan is er nog Phillip Comella. Hij is een afgestudeerde student die jarenlang de illusie had dat hij een bepaalde ziekte had, maar tot de ontdekking kwam dat hij iets heel anders had. Pas nadat hij zijn sceptische arts ervan had overtuigd de juiste tests te doen, kreeg hij een accurate diagnose. Bekijk zijn soms hilarische en soms huiveringwekkende verhaal over medische misdiagnose in “Science Gets Personal“.
In 2021 publiceerden Schadt en Comella een complexe studie die suggereerde dat ME/cvs, langdurige COVID en andere vermoeidheidsziekten een “gemeenschappelijke moleculaire etiologie” delen. Schadts voorliefde om diep te graven en systemische processen bloot te leggen die misgelopen zijn, was in deze studie volledig te zien. Zoals in zijn andere studies, keerden hij en Comella dan terug om mogelijke “belangrijke regulerende genen” te ontdekken die mogelijk op een of andere manier kunnen worden aangepast om mensen met ME/cvs terug gezond te maken.
De studie
“Een moleculaire netwerkbenadering onthult gedeelde cellulaire en moleculaire handtekeningen tussen chronisch vermoeidheidssyndroom en andere vermoeidheidsziekten” is een grote, kleine studie. Ze bevatte niet veel deelnemers (n=30; 15 ME/cvs, 15 gezonde controles), maar onderwierp de verkregen gegevens aan een aantal complexe analyses, waaronder enkele die nog nooit eerder waren gedaan. Het is misschien geen verrassing, gezien al het verrichte werk, dat deze studie van 30 personen eindigde met niet minder dan 17 coauteurs.
Zij namen volledig bloed af vóór, en vervolgens 24, 48 en 72 uur na de “gematigde cardiopulmonaire test (CPET)”. Het CPET-testprotocol verschilde van de maximale CPET-tests die door Workwell en anderen werden uitgevoerd.
Hierbij werd 70% van de volgens leeftijd voorspelde maximale hartslag bereikt en vervolgens werd dit tot 25 minuten volgehouden. Hoewel de maximale hartslag niet wordt bereikt, denken sommigen dat dit protocol eigenlijk moeilijker is voor de patiënten, omdat het twee keer zo lang duurt en de patiënten waarschijnlijk langer in hun anaerobe zone moeten blijven dan bij een maximale inspanningstest. Het lactaat werd om de vijf minuten gemeten.
Verschillende klassen van immuuncellen (B-cellen, granulocyten, monocyten, natural killer (NK)-cellen, T-cellen) werden uit het bloed gefilterd. Vervolgens werd de genexpressie in die immuuncellen en in het volledige bloed beoordeeld.
Zij vonden geen verschillen in genexpressie ten gevolge van de inspanningsstressor, maar erkenden dat dit te wijten kan zijn aan de steekproefgrootte. (Ik geloof dat Nancy Klimas verschillen in genexpressie heeft gevonden, maar zij heeft het op meerdere momenten tijdens de oefening gemeten).
Vervolgens kwam wat zij noemden “een uitgebreide RNA-sequencing gegevensanalysepijplijn” van het volledige bloed en de immuuncellen. Het eerste deel daarvan bestond uit het bloed door een “virale/klonale detectiepijplijn” te halen, wat interessant genoeg suggereerde dat mensen met ME/cvs misschien een hogere virale lading hebben.
Vervolgens keken ze naar de klonaliteit van T- en B-cellen. Wanneer deze immuuncellen getriggerd worden door een ziekteverwekker of een vreemd object, produceren ze massaal klonen. De onderzoekers vonden een scherp verschil tussen de ME/cvs-patiënten en de gezonde controles (p<0,0001) waarbij de ME/cvs-patiënten een minder gevarieerd scala aan klonen produceerden. Dat suggereert dat hun T-cellen misschien niet op de juiste manier reageren op gevaarsignalen. Dat was een interessante bevinding gezien het feit dat de pijplijntest suggereerde dat de ME/cvs-patiënten een hogere virale lading hadden, wat schijnbaar een meer diverse reeks klonen zou moeten veroorzaken, of dat zou men toch denken.
Vervolgens gingen zij verder dan de zuivere genexpressieresultaten en gebruikten iets dat differentiële expressie en machinaal leren wordt genoemd om “genexpressiekarakteristieken” te identificeren. Eerst werden verdachte genen uitgekozen en vervolgens werd de “directionaliteit” van die genen beoordeeld.
Ze vonden “moleculaire verschillen” tussen de ME/cvs-patiënten en de controles, zodanig dat men veranderingen in de B- en T-cellen, granulocyten en NK-celsignaturen ME/cvs-patiënten vrij effectief kon onderscheiden van de gezonde controles. Dat zou kunnen passen bij de laatste twee resultaten: zou de hogere virale lading de werking van de immuuncellen kunnen belemmeren, wat leidt tot de productie van een minder gevarieerde reeks klonen?
Daarna kon Schadts zich van zijn sterkste kant laten zien: dingen in een “biologisch relevante context” plaatsen. Eerst zochten ze naar “coherente subnetwerken van gecoreguleerde genen (modules van genen) voor elk van de 6 celtypes”; d.w.z. ze zochten naar teams van genen die samenwerken om biologische functies in de immuuncellen uit te voeren.
Ze identificeerden 119 co-expressiemodules (clusters van genen met gelijkaardige functies) die betrekking hadden op 6 “co-expressienetwerken” doorheen de immuuncellen bij ME/cvs. Het vinden van genen die zich gelijkaardig uitdrukken over meerdere immuuncellen, was potentieel groot nieuws.
Een van de meest ontmoedigende aspecten van ME/cvs is de mogelijk hoge graad van heterogeniteit. Als het een ziekte kan zijn die bestaat uit zeer verschillende subgroepen, dan is het ontwarren en begrijpen van elke subgroep mogelijk een lang en moeizaam proces. De weg naar genezing in een ziekte die gekenmerkt wordt door kernprocessen die verkeerd gaan, zou daarentegen veel korter moeten zijn. Deze bevinding suggereert dat ME/cvs meer een ziekte is van vaak voorkomende immuunproblemen die verkeerd waren gegaan.
Dat de ME/cvs-handtekeningen “verrijkt” waren in ongeveer de helft van de geïdentificeerde modules/netwerken, leek erop te wijzen dat de onderzoekers op het juiste spoor zaten.
Verband met COVID-19, ziekte van Lyme en andere
Vervolgens namen zij de top vijf van genetische modules met verrijkte ME/cvs-handtekeningen en vergeleken deze met die gevonden in een groot aantal ontstekings- en auto-immuunziekten. Deze omvatten multisysteem inflammatoir syndroom bij kinderen (MIS-C), de ziekte van Kawasaki (KD), macrofagen activatiesyndroom (MAS), multisystemische ontstekingsziekte met neonatale aanvang (NOMID), ziekte van Lyme, actieve Influenza (IAV), actieve COVID-19, vroege herstelfase na COVID-19, gemengde bindweefselziekte (MCTD), syndroom van Sjögren (SJS), systemische lupus erythematosus (SLE), systemische sclerose (SSC), ongedifferentieerde bindweefselziekte (UCTD), primair antifosfolipidensyndroom (PAPS) en reumatoïde artritis (RA).
Gelijkaardige ziektebeelden als ME/cvs kwamen voor bij ziekten als MIS-C, de ziekte van Lyme en COVID-19, maar niet bij auto-immuunziekten. De auteurs verklaarden: “onze gegevens suggereren verder een gedeelde moleculaire etiologie (tussen) ME/cvs, COVID-19 en chronische Lyme”.
Dat is natuurlijk een potentieel zeer nuttig resultaat omdat het suggereert dat doorbraken in deze ziekten zich zouden kunnen vertalen naar ME/cvs. De overeenkomst met COVID-19 was bijzonder leuk om te zien, gezien de aandacht en de enorme hoeveelheid financiering die eraan wordt gegeven.
Vervolgens groeven zij in de moleculaire reactiepaden die gevonden werden in de genetische modules (groepen van samen voorkomende genen) die het meest geassocieerd waren met ME/cvs. De module die het sterkst geassocieerd was met ME/cvs (NKM4) was, interessant genoeg, ook sterk verrijkt met een “herstellend van COVID-19”-handtekening. De auteurs suggereerden dat die “moleculaire link … kan helpen verklaren waarom zoveel herstelde COVID-19 patiënten ME/cvs-achtige symptomen lijken te ervaren”.
Vier van de top 5 ME/cvs-verrijkte modules waren ook verrijkt voor een andere mysterieuze kwaal die zijn mysteries niet gemakkelijk prijsgeeft – chronische Lyme. Gezien de recente spectaculaire toename van NIH-financiering voor Lyme was dat ook goed nieuws.
Vervolgens ging het team van Mount Sinai op zoek naar “regulatoire relaties” in een poging om de belangrijkste regulatoren, of belangrijke drijvergenen (KD’s), of hub-genen, voor elk van de ME/cvs-modules te ontdekken. “belangrijke drijvergenen” zijn sleutelgenen die de expressie van vele andere genen beïnvloeden.
Die analyse bracht 904 mogelijke sleutelgenen aan het licht. Daarvan hebben zij er 11 geselecteerd (MXD1, STX3, DYSF, LYN, MLL2, NCOA2, PTPRE, REPS2, RP11-701P16.2, TECPR2, en TUBB1), waarvan zij verwachtten dat deze de werking van ten minste 3 van de 5 ME/cvs-modules zouden kunnen veranderen.
Toen zij beoordeelden of deze genen mogelijk functioneel significant waren (d.w.z. waarschijnlijk van invloed waren op de biologie van een persoon), was het antwoord een bemoedigende “ja”. Dat suggereerde dat ze inderdaad enkele genen gevonden zouden kunnen hebben die “hoofdregulatoren zijn van vitale biologische processen geassocieerd met ME/cvs”.
Geen van deze genen was eerder opgedoken in ME/cvs-studies, maar gezien de verschillen in deze analyse is dat misschien niet verwonderlijk. Ze zijn echter wel betrokken bij een aantal immunologische aandoeningen. Hoewel ze nog niet eerder in ME/cvs waren opgedoken, meldden de auteurs dat was aangetoond dat ze belangrijke aandrijvers zijn in andere immunologische ziekten.
Aan het eind van de paper gaven zij ook een link naar een interactieve website met de handtekeningen, modules, KD’s, en het Bayesiaanse netwerk uit de studie.
De kernpunten
- Eric Schadt, een baanbrekende biomathematicus, leidde de studie. Gedurende zijn hele carrière heeft Schadt zich erop toegelegd verder te kijken dan genetische en genexpressieresultaten om de systemische problemen die ziekte veroorzaken, te ontdekken.
- De studie beoordeelde immuuncellen in bloed dat werd afgenomen voor en na een inspanningsstressor. Na het vinden van bewijs van verhoogde virale lading, verlaagde klonale diversiteit en veranderde immuunwerking, ontdekte deze zeer complexe studie “teams van genen” met vergelijkbare genexpressie (als ik dat goed heb) doorheen de immuuncellen. Dat suggereerde dat de kernprocessen van het immuunsysteem over de hele linie veranderd waren bij ME/cvs.
- Dat was bemoedigend omdat het suggereerde dat ME/cvs niet een verzameling van verschillende ziekten is, maar centrale immuunprocessen heeft die kunnen worden aangepakt.
- Verdere analyse suggereerde dat soortgelijke immuunproblemen zich ook zouden kunnen voordoen bij langdurige COVID, Lyme en andere ziekten, maar niet bij auto-immuunziekten.
- Er werden ook belangrijke drijvergenen of hoofdregulerende genen geïdentificeerd die de immuundisfunctie bij ME/cvs leken aan te sturen. Sommige van deze genen blijken ook belangrijke drijvende krachten te zijn in andere immuunziekten.
- De studie was zo succesvol dat de planning voor een grotere studie aan de gang is. ME/cvs mist momenteel echter een diermodel of cellijn die deze onderzoekers in staat zou stellen hun bevindingen te testen en een therapeutisch doelwit te ontwikkelen.
- De auteurs zijn momenteel echter bezig met studies naar langdurige COVID en hopen dat de belangstelling en de nieuwe financiering voor langdurige COVID hen zal helpen sneller vooruitgang te boeken.
Interview met Comella
Ik vroeg de hoofdauteur van de studie, Phillip Comella, “… of iets dergelijks al eerder gedaan is bij ME/cvs?”
Er zijn andere op co-expressie gebaseerde studies geweest bij ME/cvs, maar voor zover wij weten is dit de eerste studie die Bayesiaanse netwerken integreert om informatie te vergaren over de mechanistische inzichten die de co-expressiemodules aansturen.
Onze studie gebruikt een op netwerk gebaseerde benadering om teams van genen of modules te ontdekken die ontregeld zijn in ziekte en identificeert teamleiders, of belangrijke aandrijvers, van die groepen van genen.
Wij konden aantonen dat de genmodules verrijkt uit onze unieke pijplijn voor ME/cvs-ziektesignatuur (genen die ME/cvs het best onderscheiden van controles) ook verrijkt waren voor andere unieke ziektesignaturen in ME/cvs-studies.
Dit is interessant omdat de algoritmen voor ziektehandtekeningen zeer kieskeurig kunnen zijn in wat zij kiezen als de absoluut beste genen voor het onderscheiden van ziekte en controle, waardoor exacte replicatie van handtekeningen moeilijk is, vooral voor onvoldoende onderzochte ziekten.
De aanpak via netwerkmodules toont aan dat, hoewel deze handtekeningen uniek zijn, ze lijken te werken met een vergelijkbare groep genen. Deze teams van genen zijn ook verrijkt voor andere postinfectieuze vermoeidheidsziekten, wat suggereert dat hoewel deze ziekten uniek zijn, er misschien een draad van biologische ontregeling is die ze verbindt.
Wat zou er nodig zijn om deze resultaten om te zetten in therapeutische doelen? Wat voor soort studies zouden nodig zijn om dat punt te bereiken?
Ons team heeft gewerkt aan een verstoringstool voor het Bayesiaans netwerk om het therapeutisch potentieel van de ‘belangrijke aandrijver’ te voorspellen, maar het valideren van deze bevindingen kan lastig zijn. ME/cvs heeft momenteel geen modelorganisme om ons te helpen de ziektemechanismen te bestuderen. Het identificeren van een in vivo modelorganisme of een in-vitrocellijn voor ME/cvs zou ons helpen om het therapeutisch potentieel te testen van het veranderen van de belangrijke drijvergenen die onze in-silicopijplijnen hebben belicht.
Onze studie suggereert dat er een rode draad zou kunnen lopen door een aantal van deze vermoeidheidsziekten, wat ons hoopvol stemt dat de recente belangstelling voor langdurige COVID samen met de toegenomen NIH-financiering zal bijdragen tot bevindingen die hun weg kunnen vinden naar ME/cvs.
Zijn er vervolgstudies gepland?
Ja, we plannen momenteel de volgende studie om op deze bevindingen voort te bouwen en we hopen dat een grotere studie diepere inzichten zal opleveren.
Neemt u deel aan studies naar langdurige COVID?
Ja, ons team werkt actief samen met onderzoekers naar langdurige COVID/post-COVID-syndroom.
Conclusie
Deze studie was in een paar opzichten opmerkelijk. Ten eerste werd ze geleid door een baanbrekend onderzoeker. Zij gebruikte een soort analyse (Bayesiaanse netwerkanalyse) die nog niet eerder was gedaan bij ME/cvs. Anderzijds was de studie gewoonweg een succes. Na het vinden van bewijs van verhoogde virale lading, verminderde klonale diversiteit en veranderde immuunfunctie, gingen de onderzoekers verder met het ontdekken van “teams van genen” met vergelijkbare genexpressie (als ik dat goed heb). Dat suggereerde dat belangrijke immuunprocessen over de hele linie veranderd waren bij ME/cvs.
Verdere analyse suggereerde dat gelijkaardige immuunproblemen zich ook kunnen voordoen in langdurige COVID, Lyme en andere ziekten, maar niet in auto-immuunziekten. Er werden belangrijke drijvergenen of hoofdregulerende genen geïdentificeerd die de immuundisfunctie in ME/cvs leken aan te sturen. Sommige van deze genen blijken ook belangrijke drijvende krachten te zijn bij andere immuunziekten.
De planning voor een grotere studie is aan de gang. Om de resultaten te gebruiken voor de ontwikkeling van een therapeutisch doelwit, zouden ze echter moeten worden getest in een diermodel of cellijn – iets wat ME/cvs nog niet heeft. De auteurs hoopten echter dat de belangstelling voor langdurige COVID hen zou helpen om sneller vooruitgang te boeken. Momenteel zijn ze bezig met studies naar langdurige COVID.
© Health Rising, 12 maart 2021. Vertaling Zuiderzon, redactie Abby, ME-gids.
