The role of epigenetics in epilepsy development
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 2014018
- Ansvarlig person
- Kaja Kristine Selmer
- Institusjon
- Oslo universitetssykehus HF
- Prosjektkategori
- Karrierestipend
- Helsekategori
- Neurological
- Forskningsaktivitet
- 1. Underpinning, 2. Aetiology
Rapporter
Det overordnede mål for dette prosjektet har vært å bedre vår forståelse av epileptogenese, med formål om å identifisere nye mål for behandling som dermed vil kunne være årsaksrettet og ikke symptomatisk, slik epilepsibehandling per i dag som oftest er. De konkrete målene i prosjektet var å identifisere epigenetisk endring assosiert med epileptogenese, samt undersøke hvilke konsekvenser disse endringene har for genekspresjon.
For å undersøke dette, har vi studert DNA metyleringsendringer og genekspresjonsendringer i hippocampi fra en musemodell av mesial temporallappsepilepsi (MTLE), som er en av de hyppigste formene for epilepsi. Prosjektet har vært et nært samarbeid med Prof. Taubølls epilepsigruppe, der Dr. Heuser har ledet arbeidet med musemodellen. Stipendiat Toni Berger - som er støttet av et EU-prosjekt - er fra samme gruppe, og bruker data fra prosjektet direkte inn i sitt doktorgradsarbeide.
Utviklingen av protokollen for isolasjon av hjernenervecellene (nevronene) fra musene viste seg å være langt mer krevende enn først antatt. Etter flere års arbeid med dette har vi nå resultater som viser at vi teknisk har lykkes godt med celle-separasjonen. Det er derfor videre høstet hippocampi fra flere tidspunkt i epileptogenesen (akutt/24t, i latent fase og i kronisk fase/MTLE). Resultatene fra DNA metylering og genekspresjon fra akutt fase er analysert og klargjøres nå for publikasjon.
Resultatene er spennende på mange plan:
Metode
Mhp metode viser resultatene at sortering av nevroner kan gjøres på kjernenivå, og er svært effektivt og presist. Dette vises både gjennom undersøkelser som sorterer cellene basert på antistoffer som binder seg til ulike typer celler, men også gjennom analyse av DNA-metylering og genekspresjon. Sistnevnte viser tydelige forskjeller mellom de ulike cellegruppene.
Metylering og genekspresjon
Data fra 24 timer etter første epilepsianfall viser store endringer i epigenetiske og genekspresjonsmønstre. Det har tidligere blitt stilt spørsmål ved hvor dynamisk epigenetisk kontroll av genekspresjon egentlig er, og hvor raskt det epigenetiske maskineriet kan agere. Her ser man at allerede ett døgn etter et traume (krampeanfall), vil mange av cellens tilpasninger være styrt av epigenetikken.
Epileptogenese
Undersøkelsen av hvilke gener som skrus "av" og "på" under utviklingen av kronisk epilepsi, avslører reaksjonsveier og mekanismer som ikke bare er relevante akutt, men også i latent fase, dvs. før de utvikler full MTLE. Hva som skjer i denne perioden er foreløpig helt ukjent.
Konklusjon: Metoderelaterte utfordringer i prosjektet har ført til utvikling av nye protokoller for isolering av hjerneceller (nevroner) hos mus. Videre har man vist at epigenetiske regulering av genekspresjon i nevroner responderer kjapt på ytre stimuli, slik som traume i form av krampeanfall. De gener og reaksjonsveier som får endret regulering bør undersøkes videre, som mulige mål for akutt behandling av epilepsi.
Videre plan: Undersøkelse av epigenetiske og genekspresjonsendringer i latent og kronisk fase er ennå ikke utført, men vev er høstet og laboratorie- og analysemetoder er ferdig utviklet, slik at alt ligger til rette for videre studier av også disse fasene. Resultatene fra latent og kronisk fase vil kunne gi kunnskap om aktive gener i epileptogenesen, og således også åpne for identifisering av reaksjonsveier og proteiner som mål for behandling.
Resultatene fra dette prosjektet er ennå basale og fra dyremodeller. Det betyr at de bør gjentas i andre modellsystemer før det blir aktuelt å vurdere dem som mål medikamenter og medikamentutvikling. Imidlertid vil kunnskap om hva skjer i latent fase kunne få konsekvenser for behandling, ettersom dette åpner for forebyggende behandling før MTLE er fullt utviklet.
Epilepsi er en heterogen gruppe sykdommer, både mhp etiologi og klinisk presentasjon. Det har lenge vært kjent at både genetiske faktorer og miljøfaktorer er viktige i sykdomsutviklingen, men hvordan miljøfaktorene påvirker er ukjent. Dette prosjektet undersøker om miljøfaktorer påvirker sykdomsutvikling gjennom epigenetiske mekanismer.Epilepsi er en hyppig forekommende nevrologisk sykdom, men en prevalens på nær 1%. Til tross for at det finnes relativt mange tilgjengelige medisiner mot epilepsi, oppnår man anfallsfrihet hos kun 2/3 av pasientene, mens de resterende 1/3 regnes som behandlingsrefraktære. Årsaksmekanismene i epilepsi er mange, og selv om man de siste tiårene har identifisert mange sykdomsgener som kan forårsake epilepsi, er det fortsatt mange epilepsiformer hvor etiologien er kompleks og ukjent. Man antar faktisk at de aller fleste pasientene har en epilepsi som er forårsaket av både arv og miljø, og at disse igjen påvirker hverandre. Spørsmålet er hvordan. Enkelt sagt er epigenetikk læren om hvordan uttrykk av gener reguleres. Epigenetikk er et felt i rivende utvikling, og representerer i mange tilfeller koblingen mellom arv og miljø. Grunnhypotesen i vårt prosjekt er da også at miljøfaktorer induserer epigenetiske forandringer som bidrar til utviklingen av epilepsi. Utfordringene ved å forske på epigenetiske forandringer er imidlertid at epigenetisk regulering er vev- og cellespesifikt. Det vil si at man er nødt til å undersøke det aktuelle vev/celler, for å fange opp de aktuelle epigenetiske forandringene. I tillegg viser epigenetisk regulering stor variasjon mellom individer, og det er svært vanskelig å kontrollere for ulik genetisk disposisjon og miljøpåvirkninger. I denne studien vil vi derfor undersøke mus der epilepsi induseres ved at en syre - kainat - injiseres over den ene hjernehalvdelen. Dette utløser et kraftig epilepsianfall som varer mer enn 30 minutter - et såkalt status epilepticus. Dette er en epilepsimodell hos mus som modellerer epilepsiformen temporallappsepilepsi (TLE). Denne epilepsiformen er en av de hyppigst forekommende formene og den er ofte behandlingsrefraktær. I denne epilepsiformen virker det som den første episoden med krampeanfall er utløsende faktor for å senere utvikle TLE. Hvordan denne primære triggeren gjør hjernen sårbar for å utvikle epilepsi er uvisst, og i dette prosjektet vil vi teste om det er epigenetiske forandringer som styrer sykdomsutviklingen, og i såfall hvilke gener som får endret regulering og hvordan. Vi sammenligner mus som får injisert kainat med to andre grupper mus; en ren kontrollgruppe og en gruppe som får injisert en saltvannsløsning. Vi vil på ulike tidspunkt i deres utvikling hente ut kortikale nevroner og gjøre helgenomsundersøkelser på epigenetisk regulering, Vi vil samtidig gjøre genekspresjonsstudier av de samme musene, for å se om evt. endringer vi observerer i de epigenetiske mønstrene også reflekteres i endret genekspresjon.
I 2016 har vi endelig lykkes å lage en intern protokoll der vi isolerer hjernenervecellene (nevronene) fra musene. Foreløpige data viser at vi teknisk har lykkes godt med celle-separasjonen, og resultatene mhp de epigenetiske forandringene i de ulike muse-gruppene analyseres i dette øyeblikk. Vi forventer at vi skal ha analysert ferdig data innen sommer 2017 og håper å publisere resultatene vinteren 2017/2018.
Epilepsi er en heterogen gruppe sykdommer, både mhp etiologi og klinisk presentasjon. Det har lenge vært kjent at både genetiske faktorer og miljøfaktorer er viktige i sykdomsutviklingen, men hvordan miljøfaktorene påvirker er ukjent. Dette prosjektet undersøker om miljøfaktorer påvirker sykdomsutvikling gjennom epigenetiske mekanismer.Epilepsi er en hyppig forekommende nevrologisk sykdom, men en prevalens på nær 1%. Til tross for at det finnes relativt mange tilgjengelige medisiner mot epilepsi, oppnår man anfallsfrihet hos kun 2/3 av pasientene, mens de resterende 1/3 regnes som behandlingsrefraktære. Årsaksmekanismene i epilepsi er mange, og selv om man de siste tiårene har identifisert titalls nye sykdomsgener som kan forårsake epilepsi, er det fortsatt mange epilepsiformer hvor etiologien er kompleks og ukjent. Bedret forståelse av mekanismene som bidrar til utvikling av epilepsi vil være grunnleggende for å kunne utvikle nye medisiner og forbedret oppfølging og behandling. I dette prosjektet utforsker vi hvordan miljøfaktorer, som f.eks. traume, påvirker utvikling av epilepsi hos mus.
Klassifisering av epilepsi basert på etiologi har alltid vært, og er fremdeles, svært vanskelig. Nylig har forskningen avslørt at mange alvorlige barneepilepsiformer er forårsaket av nyoppståtte mutasjoner, og således er enkeltgensykdommer. Likevel antar man fremdeles at den største andelen av epilepsi er forårsaket av både arv og miljø, og at disse igjen påvirker hverandre. Spørsmålet er hvordan. Enkelt sakt er epigenetikk læren om hvordan uttrykk av gener reguleres. Epigenetikk er et felt i rivende utvikling, og representerer i mange tilfeller koblingen mellom arv og miljø. Grunnhypotesen i vårt prosjekt er da også at miljøfaktorer induserer epigenetiske forandringer som bidrar til utviklingen av epilepsi. Utfordringene ved å forske på epigenetiske forandringer er imidlertid at epigenetisk regulering er vev- og cellespesifikt. Det vil si at man er nødt til å undersøke det aktuelle vev/celler, for å fange opp de aktuelle epigenetiske forandringene. I tillegg viser epigenetisk regulering stor variasjon mellom individer, og det er svært vanskelig å kontrollere for ulik genetisk disposisjon og miljøpåvirkninger. I denne studien vil vi derfor undersøke mus der epilepsi induseres ved at en syre - kainat - injiseres over den ene hjernehalvdelen. Dette utløser et kraftig epilepsianfall som varer mer enn 30 minutter - et såkalt status epilepticus. Dette er en epilepsimodell hos mus som modellerer epilepsiformen temporallappsepilepsi (TLE). Denne epilepsiformen er en av de hyppigst forekommende formene og den er ofte behandlingsrefraktær. I denne epilepsiformen virker det som den første episoden med krampeanfall er utløsende faktor for å senere utvikle TLE. Hvordan denne primære triggeren gjør hjernen sårbar for å utvikle epilepsi er uvisst, og i dette prosjektet vil vi teste om det er epigenetiske forandringer som styrer sykdomsutviklingen, og i såfall hvilke gener som får endret regulering og hvordan. Vi sammenligner mus som får injisert kainat med to andre grupper mus; en ren kontrollgruppe og en gruppe som får injisert en saltvannsløsning. Vi vil på ulike tidspunkt i deres utvikling hente ut kortikale nevroner og gjøre helgenomsundersøkelser på epigenetisk regulering, Vi vil samtidig gjøre genekspresjonsstudier av de samme musene, for å se om evt. endringer vi observerer i de epigenetiske mønstrene også reflekteres i endret genekspresjon. Grunnet utfordringer med å isolere nerveceller fra musehjernene foreligger det foreløpig ikke data fra prosjektet, men de første dataene er ventet å være klare for analyse sommeren 2016.
Epilepsi er en heterogen gruppe sykdommer, både mtp. etiologi og klinisk presentasjon. Det har lenge vært kjent at både genetiske faktorer og miljøfaktorer er viktige i sykdomsutviklingen, men hvordan miljøfaktorene påvirker er ukjent. Dette prosjektet undersøker om miljøfaktorene påvirker sykdomsutvikling gjennom epigenetiske mekanismer.Epilepsi er en hyppig forekommende nevrologisk sykdom, men en prevalens på nær 1%. Til tross for relativt mange tilgjengelige medisiner mot epilepsi, oppnår man anfallsfrihet hos kun 2/3 av pasientene, mens de resterende 1/3 regnes som behandlingsrefraktære. Årsaksmekanismene i epilepsi er mange, og selv om man de siste tiårene har identifisert titalls nye sykdomsgener som kan forårsake epilepsi, er det fortsatt mange epilepsiformer hvor etiologien er kompleks og ukjent. Bedret forståelse av mekanismene som bidrar til utvikling av epilepsi vil være grunnleggende for å kunne utvikle nye medisiner og forbedret oppfølging og behandling. I dette prosjektet utforsker vi hvordan miljøfaktorer, som f.eks. stress, påvirker utvikling av epilepsi hos mus.
Klassifisering av epilepsi basert på etiologi har alltid vært, og er fremdeles, svært vanskelig. Nylig har forskningen avslørt at mange alvorlige barneepilepsiformer er forårsaket av nyoppståtte mutasjoner, og således er enkeltgensykdommer. Likevel antar man fremdeles at den største andelen av epilepsi er forårsaket av både arv og miljø, og at disse igjen påvirker hverandre. Spørsmålet er hvordan. Epigenetikk er et felt i rivende utvikling, og representerer i mange tilfeller koblingen mellom arv og miljø. Grunnhypotesen i vårt prosjekt er da også at miljøfaktorer induserer epigenetiske forandringer som bidrar til utviklingen av epilepsi. Utfordringene ved å forske på epigenetiske forandringer er imidlertid at epigenetisk regulering er vev- og cellespesifikt. Det vil si at man er nødt til å undersøke det aktuelle vev/celler, for å fange opp de aktuelle epigenetiske forandringene. I tillegg viser epigenetisk regulering stor variasjon mellom individer, og det er svært vanskelig å kontrollere for ulik genetisk disposisjon og miljøpåvirkninger. I denne studien vil vi derfor undersøke en musestamme som er sårbare for å utvikle epilepsi, nemlig Syn1KO mus. Disse musene utvikler GTK-anfall når de lever i vanlige musebur. Enkel forandring i miljøet, nemlig skifte til bur der musene slipper kontakt med mennesker, gjør at de ikke utvikler disse anfallene. Siden musene er isogene - dvs. genetisk like - vil man kunne anta at forskjeller i deres karakteristika, som f.eks. utvikling av sykdom, skyldes miljø og ikke arv. Vi sammenligner mus som bor i vanlige bur med mus som bor i spesialbur (uten menneskelig kontakt). Vi vil på ulike tidspunkt i deres utvikling hente ut kortikale nevroner og gjøre helgenoms undersøkelser på epigenetisk regulering, Vi vil samtidig gjøre genekspresjonsstudier av de samme musene, for å se om evt. endringer vi observerer i de epigenetiske mønstrene også reflekteres i endret genekspresjon.
Prosjektet startet opp sommeren 2014 og er ennå i en fase hvor vi innhenter data, slik at resultater ennå ikke foreligger.
Deltagere
- Toni Berger Doktorgradsstipendiat (annen finansiering)
- Lars Etholm Prosjektdeltaker
- Erik Taubøll Prosjektdeltaker
- Kjell Heuser Prosjektdeltaker
- Hanne Sagsveen Hjorthaug Prosjektdeltaker
- Magnus Dehli Vigeland Postdoktorstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
- Kaja Kristine Selmer Prosjektleder
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til eRapport