Is autophagy dysregulated in ME?

Autophagy is a process that provides the degradation of damaged cellular components.


The activation of autophagy during physical activity in muscle cells is necessary for maintaining tissue homeostasis by preventing the accumulation of damaged mitochondria and myofibril degeneration.


Collagen VI is one of the major skeletal muscle extracellular matrix proteins. Mice without the gene for collagen VI have a block in autophagy leading to the accumulation of damaged mitochondria.


Attempts to induce autophagic flux by subjecting these mutant mice to long-term or shorter bursts of physical activity are unsuccessful. In normal mice, the induction of autophagy in the skeletal muscles post-exercise is able to prevent the accumulation of damaged organelles and maintain cellular homeostasis (ref 1)


Another crucial function of autophagy in development and homeostasis of the immune system is the elimination of autoreactive T cells in the thymus (ref 2)


Autophagy also plays an important role in the survival of cancer cells.


TRPM3 and miR-204 regulate autophagy in clear cell renal carcinoma:

Robust control of the autophagic network by microRNAs and calcium- and zinc-activated pathways. Calcium and zinc entering the cell through the TRPM3 channel stimulate oncogenic autophagy mediated by LC3A and LC3B through a dual mechanism. Calcium stimulates phagophore initiation through Ca²⁺-dependent activation of CAMKK2 and AMPK, and the resulting phosphorylation of ULK1. Calcium and zinc also inhibit miR-214, which directly targets LC3A and LC3B. The VHL tumor suppressor inhibits expression of TRPM3 directly and indirectly through the effect of miR-204 on CAV1. In addition, miR-204 directly targets LC3B. AMPK, AMP-activated protein kinase; CAMKK2, calcium/calmodulin-dependent protein kinase kinase 2, β; CAV1, caveolin 1; LC3A, microtubule-associated protein 1 light chain 3 α; LC3B, microtubule-associated protein 1 light chain 3 β; TRPM3, transient receptor potential melastatin 3; ULK1, unc-51 like autophagy activating kinase 1; VHL, Von Hippel-Lindau.

Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204

Mol Cell Oncol. 2015 Oct-Dec;2(4):e1002712.

TRPM3 and calcium are dysregulated in immune cells from ME patients
Elegant research from Griffith University has shown significant reduction in TRPM3 cell surface expression in NK and B cells, as well as decreased intracellular calcium in ME patients (ref 4)


A study on microRNA in NK cells from ME patients showed reduced expression in genes involved in the autophagy, WNT and AKT signaling pathways (ULK1, ATG2A, PMEPA1, DKK3, PDCD4) (ref 5)


Could TRPM3 be involved in autophagy in immune cells?


And could dysregulated autophagy be involved in exercise intolerance in ME?


References:

1. Autophagy. 2011 Dec 1; 7(12): 1405-1406. doi: 10.4161/auto.7.12.18315 Activvation of autophagy is required for muscle homeostasis during physical exercise. Usha Nair and Daniel J. Klionsky
2. Levne et al: Nature: 2011 January 20; 469(7330): 323.325. doi:10.1038/nature09782.
3. Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204
   Mol Cell Oncol. 2015 Oct-Dec;2(4):e1002712. Nicolas G Cost and Maria F. Czyzyk-Krzeska http://dx.doi.org/10.1080/23723556.2014.1002712
4. Griffith University https://www.griffith.edu.au/health/national-centre-neuroimmunology-emerging-diseases
5. Petty et al: MicroRNAs: Potential Diagnostic Biomarkers in NK cells of patients with CFS/ME. PLOS ONE. DOI:10.1371/journal.pone.0150904 march 11,2016

Diabetes lægemiddel påvirker TRPM3

I mit sidste blogindlæg skrev jeg, at viden fra diabetes forskningen og viden om diabetes lægemidler kan anvendes til at forstå ME forskningen. Jeg har endnu et eksempel på dette.

Først lidt basisviden

Peroxisomer er små organeller i cellen. De har mange forskellige slags funktioner. F.eks. er de involveret i katabolisme af langkædede og forgrenede fedtsyrer. Og de indeholder enzymer, der hedder peroxidaser.

Peroxisome profiferator activated receptors (PPARs) er nucleare receptore, der kan aktiveres af forskellige fedtsyre. At de er nucleare receptore betyder, at de påvirker hvilke gener, der kommer til udtryk i forbindelse med fedtsyre metabolisme. PPAR findes i 3 varianter: PPAR-alfa, PPAR-delta, og PPAR-gamma. PPARs blev oprindelig opdaget, fordi de inducerede dannelsen af peroxisomer.

Rosiglitazone, PPAR og TRPM3

Lægemidlet rosiglitazone anvendes til diabetes. Det er en PPAR-gamma agonist, dvs. rosiglitazone aktiverer PPAR-gamma. Samtidig sker der en blokering af TRPM3 ion kanalen (ref 1)

Ud over at regulerer lipidmetabolismen har PPAR en rolle i forskellige immunceller, hvor cellediffertiering, inflammation og immunitet påvirkes.

Det er således påvist, at når rosiglitazone aktiverer PPAR-gamma undertrykkes differentiering af TH17 celler og herved dæmpes autoimmunitet mod central nerve systemet (ref 2)

Anvend diabetes forskningen til at forstå ME

Som nævnt i sidste blogindlæg er der påvist dysreguleret lipidmetabolisme og dysregulerede TRPM3 på immunceller. Og fra ældre forskning ved vi, at T-celle reguleringen også er påvirket hos ME-patienter (ref 3)

Vi ved endnu ikke, hvordan viden fra de forskellige ME-studier skal kædes sammen. Men det er åbentlys, at grundviden fra diabetesforskningen kan anvendes.

Referencer:

1. Majeed Y, Bahnasi Y, Seymour VAL, Wilson LA, Milligan CJ, Agarwal AK, Sukumar P, Naylor J & Beech DJ 2011 Rapid and constrasting effects of rosiglitazone on transient receptor potential TRPM3 and TRPM5 channels. Molecular Pharmacology 79 1023-1030 (doi: 10.1124/mol. 110.069922)
2. Klotz, L. et al. The nuclear receptor PPAR selectively inhibits Th17 differentiation in a T cell-intrinsic fashion and suppresses CNS autoimmunity. J. Exp. Med. 206 2079-2089(2009).
3. Vega et al: DNA Methylation Modifications Associated with Chronic Fatigue Syndrome www.plosone.org August Volume 9 Issue 8 e104757

Er ME en metabolisk sygdom?

Forskere har anvendt teknologien metabolomics til at måle forekomsten af metabolitter i blodet hos ME patienter. Der blev fundet omfattende afvigelser i biokemiske stiveje, der bl.a. berører sphingolipider, phospholipider, puriner, mitokondrier, microbiomet og forgrenede aminosyrer. Forskerne oplyser, at det overordnede billede af ME patienternes hypometabolisme minder om det man ser hos dyr, der går i vinterhi. (ref 1)

AMPK vækker dyr af vinterhi

Så melder spørgsmålet sig: ”Hvordan vækker vi ME-patienter af vinterhi?”  Studier af dyr i vinterhi har vist, at enzymet AMP-aktiveret protein kinase (AMPK) kan vække dyrene. Lægemidlet Metformin som anvendes til diabetes, virker ved at stimulere AMPK. (ref 2)

Et lille pilotforsøg med ME muskelceller (in vitro) har vist nedsat aktivering af AMPK og glucoseomsætning ved muskel påvirkning (ref 3)

Man skal ikke springe til forhastede konklusioner og tro, at Metformin kan anvendes til ME. Men vi skal anvende informationen til at kæde ME forskningen sammen. For at forstå mere om AMPK’s rolle, skal vi hente viden fra australsk og norsk ME forskning.

TRPM3 og calciumregulering

Forskere fra Griffith universitet har påvist følgende afvigelser i Natural Killer Cells, NK-cells, (dræberceller i immunforsvaret) fra ME-patienter:

• Single Nucleotide polymorphisms (SNPs) i Transient Receptor Potential Melastatin M3 (TRPM) ionkanal. SNPs er små genetiske variationer i DNA’et. TRPM3 er et protein i cellemembranen, som lukker ca2+ ioner ind i cellen – heraf navnet ”ionkanal”. Celler er udstyret med mange forskellige slags ionkanaler.
• Mindre ekspression af TRPM3 i cellemembranen.
• Mindre Ca⁺⁺ i cellen
• Dysregulering af protein kinase genekspression – herunder Ca⁺⁺ - camodulin dependent protein kinase kinase  2, b (CAMKK2) hos de mest syge ME patienter.

Man har i årevis vidst, at ME patienter har dysregulerede NK-celler. Nu begynder man således at forstå hvorfor.

Forskerne oplyser, at man i videre forskning bør undersøge om de dysregulerede proteiner og stiveje i NK-celler også er dysregulerede i andre af kroppens celler hos ME patienter. (ref 4)

NO-sGC-cGMP-stivejen

I blogindlæg af 24.marts 2016 ”dysregulering af NO-sGC-cGMP stivejen i ME/CFS” har jeg beskrevet de norske lægers hypotese om nitrogen-oxid (NO), enzymet eNOS og om hvordan de i pilotforsøg har afprøvet lægemidler, der påvirker stivejen.

Interaktion mellem TRPM3, AMPK, NO/eNOS og CAMKK2

Forskellige ME studier har således givet os en række ”puslespilsbrikker” som vi nu kan forsøge at samle via eksisterende grundviden om menneskeceller. AMPK, NO/eNOS og CAMKK2 spiller sammen i tæt biokemisk netværk. Dette er grundigt beskrevet i ref. 5. AMPK er ikke ku et energi-responderende enzym, men er også involveret i redox-afhængige processer som apoptose og autofagi.

Kræftforskning har afsløret, at TRPM3, CAMKK2, AMPK og et protein unc-51 like autophagy activation kinase (ULK) regulerer cellernes autofagi. (ref. 6) Et studie har vist nedregulering af gener (incl. ULK) for autofagi i NK-celler fra ME-patienter. (ref. 7)

TRPM3 er ellers mest kendt fra diabetes forskningen, fordi TRPM3 findes i bugspytkirtlen, hvor den menes at spille en rolle i glucose-ligevægten.(ref. 8)

Microbiomet og forgrenede aminosyrer

Man har for nyligt kunne læse om, hvordan microbiomet (tarmens bakterier) og mængden af forgrenede aminosyrer er dysregulerede hos diabetes type 2  patienter (ref 9)

Metabolomics studiet afslørede ligeledes dysregulering af biokemiske stiveje vedrørende microbiomet og forgrenede aminosyrer – dog på en anden måde end hos diabetes patienter (ref 1)

Sphingolipider og TRP

Det er kendt viden, at TRP-ionkanaler findes i særlige områder i cellemembranen, der består af sphingolipider. Overordnet set vil dysregulerede sphingolipider kunne medføre dysregulerede TRP-ionkanaler.

Vejen frem til behandling af ME

       De forskere der er uddannet til at forske i diabetes, og som anvender OMICS-teknologier, er

       den type forskere som vil kunne løse ME-gåden til bunds og udvikle lægemidler til behandling

       af ME.

I forbindelse med høring i folketinget om funktionelle lidelser i 2014 skrev jeg et oplæg til folketinget:

http://www.ft.dk/samling/20131/almdel/suu/bilag/331/1349391.pdf

Heri beskrev jeg hvordan vi kan komme videre med at afdække sygdomsmekanismen bag ME – og jeg nævnte netop diabetes som eksempel.

Det udenlandske ME-metabolomics studie viser med al tydelighed, at det rykker når opgaven bliver placeret rette sted.

Hvornår bliver ME indplaceret i et lægefagligt speciale, som kan løfte opgaven med forskning i sygdomsmekanisme og behandling?

-------------------------------------------------

REFERENCER:

1)      Naviaux et al: Metabolic features of CFS.

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1607571113

2)      Wikipedia: AMPK

3)      Brown et al: Abnormalities of AMPK Activation and glucose uptake in cultured skeletal muscle cells from individuals with CFS.

PLOS ONE, DOI:10.1371/journal.pone.0122982

4)      Griffith University.

https://www.griffith.edu.au/health/national-centre-neuroimmunology-emerging-diseases

5)      Cardaci et al: Redox implications of AMPK-mediated signal transduction beyond energetic clues. Journal of Cell science 125, 2115-2125, 2012.

6)      Cost and Czyzyk-Krzeska: Regulation of autophagy by two products of one gene: TRPM3 and miR-204.

http://dx.doi.org/10.1080/23723556.2014.1002712

7)      Petty et al. Potential diagnostic biomarkers in NK Cells of patients with CFS/ME.

PLOS ONE, March 11, 2016.

8)      Wikipedia: TRPM3

9)      Politiken 14.juli 2016. ”Bakterier i tarmen kan give diabetes” Lars Igum Rasmussens artikel om professor Ole Borbye Pedersens’s forskning.