eRapport

Critical research program on the association between anti-dsDNA antibodies and SLE nephritis

Prosjekt
Prosjektnummer
SFP 100-04
Ansvarlig person
Ole Petter Rekvig
Institusjon
Universitetet i Tromsø
Prosjektkategori
Forskningsprosjekt
Helsekategori
Renal and urogenital
Forskningsaktivitet
2. Aetiology
Rapporter
2009
Mekanismen for lupus nefritt er i ferd med å bli kartlagt. Vi har definert at lupus nefritt utvikler seg i to steg prinsipielt forskjellige steg. Den tidlige fase er dominert av antistoffer mot DNA, mens den sene fase domineres av tap av Dnase1 i nyrene. Denne kunnskapen åpner for nye kausale behandlingsprinsipper.SLE er en autoimmun systemsykdom som kan angripe en rekke organer. Alvorligst er utvikling av nyresykdom –lupus nefritt. Mekanismen for denne har ikke vært forstått og flere modeller har vært utviklet for å forklare prosessen. Vi har de siste årene påvist at det er en sterk sammenheng mellom antistoffer mot dsDNA og nukleosomer og tidlig utvikling av nefritt. Imidlertid er det blitt klart at antistoffer alene ikke kan forklare utvikling av alvorlig nefritt. Vi har tidligere påvist et selektivt og ervervet tap av Dnase1 i nyrene når sykdommen progredierer. Dette funnet har gitt ny innsikt i sykdomsmekanismen, og har ført til at mekanismen for lupus nefritt er i ferd med å bli kartlagt. Vi har i siste rapporteringsperiode definert at lupus nefritt utvikler seg i to steg med hver sin bestemte mekanisme.Den tidlige fase er bestemt av produksjon av antistoffer mot nukleosomer/DNA og fører til avleiring av immunkomplekser i den mesangiale matrix. Dette utløser en ny mekanisme bestemt av et økende tap av et nyre enzym: Dnase1. Dette fører til at kromatin ikke blir brudt ned når celler dør. I stedet for å bli degradert og fjernet blir store kromatinfragmenter avleiret i kapillærenes basalmembraner, hvor de binder relevante antistoffer og utløser endestadiet av sykdommen. Disse funnene har gitt ny definitiv forståelse for hvordan nyresykdommen utvikler seg ved SLE. Denne innsikten blir utnyttet til å utvikle nye diagnostiske metoder, og å teste ut kausale terapiformer basert på de molekylære mekanismer som er operasjonelle ved sykdommen. Vi er nå i ferd med å igangsette tilsvarende analyser på biopsier fra pasienter med lupud nefritt i samarbeid med Revmatologisk Avdeling Rikshospitalet i København, ved prof Søren Jakobsen (planalgt start: mars 2010). Fokus i det videre arbeidet vil nå være å prøve å forstå hvorfor Dnase1 tapes i nyrene under utvikling av sykdommen. Her har vi inngått et samarbeid med transkriptom-spesialister ved PANUM instituttet i København.
2008
Mekanismen for lupus nefritt er ikke kartlagt. Vi beskriver hvordan denne organsykdommen utvikler seg og har påvist at ikke fragmentert kromatin i nyrene binder autoantistoffer mot disse strukturene. Mekanismen bak denne fraghmenteringsdefekten er sentral i utvikling av nefritt og forårsakes av tap av enzymet Dnase1 i nyrene.SLE er en autoimmun systemsykdom som kan angripe en rekke organer. Alvorligst er utvikling av nyresykdom – lupus nefritt. Mekanismen for denne har ikke vært forstått og flere modeller har vært utviklet for å prøve å forstå denne. Vi har det siste året påvist at det er en sterk sammenheng mellom antistoffer mot dsDNA og mot nukleosomer og utvikling av nefritt. Årsaken til denne assosiasjonen er at kromatin fra døde celler på et gitt tidspunkt ikke fjernes, og heller ikke fragmenteres enzymatisk. Denne defekten har vi nå vist å være relatert til en betydelig nedregulert transkripsjon og translasjon av enzymet Dnase1, som står for 80% av den totale nuklease-aktivitet i nyrene. Som et resultat av dette finner vi avleiring av store kromatinfragmenter i veggene til glomerulære kapillærer. Her vil antistoffer binde seg og induserer betennelse. Denne kan føre til opphør av nyrefunksjon. Vi har videre oppnådd samarbeid om innsamling av humane biopsier fra nyrer fra pasienter med lupus nefritt. Disse er preparert for genekspresjonsstudier med spesielt fokus på renale nukleaser for å analysere om funnene i dyremodellen er relevant for murin lupus nefritt. Dette arbeidet er nå startet opp. Disse funnene har gitt ny definitiv forståelse for hvordan nyresykdommen utvikler seg ved SLE. Denne innsikten blir utnyttet til å utvikle nye diagnostiske metoder, og å teste ut kausale terapiformer basert på de molekylære mekanismer som er operasjonelle ved sykdommen. Det viktige element i disse funnene samlet er at vi nå foreslår at lupus nefritt ansees som en egen sykdomsentitet.
2007
Lupus nefritt er den mest alvorlige komplikasjonen i SLE. I det aktuelle prosjektet beskriver vi de molekylære og cellulære grunnlag for utvikling av sykdommen. Denne kunnskap er viktig for å utvikle spesifikk terapi.Oppnådde resultater i 2007: Vi har publisert data som er oppnådd i en tet-regulert T-antigen transgen musemodellen i 2007. Her viser vi at ekspresjon av polyomavirus T-antigen i karnøstene i den binare tet-regulerte transgene mus induserer apoptose, frigjøring av kromatin og initiering av en lupus nefritt lignende sykdom. Basert på disse data har vi transformert prosjektet til studier av nyrer i human lupus nefritt. I samsvar med hypotesen, fant vi store kromatin-fragmenter assosiert med kapillar-membraner og mesangial matriks. Disse inneholdt polyomavirus store T-antigen, nøyaktig slik vi forutså på grunnlag av data i den transgene musen hvor T-antigen ble funnet i membran-assosierte kromatin-fragmenter, men ikke andre steder. Disse data er innsendt for publisering til Molecular Immunology, og endelig akseptering avventes etter revisjon av manus. Disse funn styrker hypotesen om at de novo ekspresjon av T antigen i kontekst av polyomavirus infeksjon kan aktivere T antigen-spesifikke T celler, som dreper virusinfiserte celler. Dette fører til frigjøring av chromatin, som har en meget høy affinitet for glomerulære membran-strukturer. Dette er også publisert i 2007. Funnene har også styrket hypotesen om at kromatin-fragmenter som er sentrale i lupus nefritt genereres i nyrene selv, og ikke globalt i kroppen. Dette gjør at vi i dag oppfatter lupus nefritt som en isolert organlidelse med en unik patogenese frikoblet fra genesen for systemsykommen SLE. Gjennom studier av transkripsjon av gener i nefrittiske nyrer påviste vi presist hvorfor kromatin frigjøres og tjener som glomerulære targets for nefritogene autoantistoffer. Dette hadde sin årsak i akvirert nedregulering av DNase 1 enzymet, som representerer 80 % av all nukleaseaktivitet i nyrene, og forklarer derfor hvorfor kromatin fra apoptotiske celler ikke fragmenteres og fagocyteres, men avleires og binder nefritogene anti-kromatine fragmenter. Nedregulering av DNase 1, og tap av DNas1 enzym aktivitet, er sterkt assosiert med utvikling av lupus nefritt. Videre er vi i ferd med å utvikle tilsvarende analyser i humane biopsier. Ved hjelp av hele det nyutviklede arsenalet av biokjemiske og ultrastrukturelle metoder genererte vi data som viser at human lupus nefritt er identiske med de beskrevet i begge dyreeksperimentelle modellene. Dette har løst et stort konfliktfelt i forståelsen av lupus nefritt. Dette har vært et særdeles vellykket prosjekt i 2007. Vi har vist at autoantistoffer mot nukleosomer i en lupus kontekst binder chromatin og nukleosomer, som frigjøres gjennom apoptose, binder og danner elektron tette strukturer i glomerulus basalmembraner. Dette er vist v.hj.a. elektron mikroskopi (EM), immune EM, og helt nye teknikker som ko-lokaliserings immunelektron mikrosokopi og ko-lokaliserings TUNEL IEM, å utgjøre komplekser som inneholder TUNEL positivt DNA, transkripsjonsfaktorer, histoner og in situ bundne antistoffer. Som anført i prosjektplanene, transformerte vi disse studiene til human lupus nefritt nyrer, og kunne bekrefte at nefritogene autoantistoffer har spesifisitet mot kromatin, slik tilfellet er i musemodeller for lupus nefritt. Disse data ble publisert i 2007. Det viktigste enkeltfunn er gjennombruddet i forståelsen av hvorfor kromatin ikke blir degradert og fjernet. Akvirert DNase 1 mangel i nyrene vil danne et nytt grunnlag for å beskrive den initiale defekt i utvikling av lupus nefritt. Videre har vi oppnådd gjennombrudd i å utvikle mer spesifikk terapi og profylakse på grunnlag av data for genese. Dette er tydeliggjort ved at vi har blitt invitert til å skrive reviewer i to tunge tidsskrift: The American Journal of Pathology, og til Journal of The American Society for Nephrology. Det er ikke avvik i prosjektinnhold eller tidsplan. Ut over artikler vist i referanselisten har vi 2 in press, og to som er under revisjon.
Vitenskapelige artikler
Fenton Kristin, Fismen Silje, Hedberg Annica, Seredkina Natalya, Fenton Chris, Mortensen Elin Synnøve, Rekvig Ole Petter

Anti-dsDNA antibodies promote initiation, and acquired loss of renal Dnase1 promotes progression of lupus nephritis in autoimmune (NZBxNZW)F1 mice.

PLoS One 2009;4(12):e8474. Epub 2009 des 29

PMID: 20041189

Mosca M, Tani C, Aringer M, Bombardieri S, Boumpas D, Brey R, Cervera R, Doria A, Jayne D, Khamashta M A, Kuhn A, Gordon C, Petri M, Rekvig O P, Schneider M, Sherer Y, Shoenfeld Y, Smolen J S, Talarico R, Tincani A, van Vollenhoven R F, Ward M M, Werth V P, Carmona L

European League Against Rheumatism recommendations for monitoring patients with systemic lupus erythematosus in clinical practice and in observational studies.

Ann Rheum Dis 2010 Jul;69(7):1269-74. Epub 2009 nov 5

PMID: 19892750

Fenton Kristin Andreassen, Tømmerås Berit, Marion Tony Norman, Rekvig Ole Petter

Pure anti-dsDNA mAbs need chromatin structures to promote glomerular mesangial deposits in BALB/c mice.

Autoimmunity 2010 Mar;43(2):179-88.

PMID: 19835488

Fismen S, Hedberg A, Fenton K A, Jacobsen S, Krarup E, Kamper A L, Rekvig O P, Mortensen E S

Circulating chromatin-anti-chromatin antibody complexes bind with high affinity to dermo-epidermal structures in murine and human lupus nephritis.

Lupus 2009 Jun;18(7):597-607.

PMID: 19433459

Mortensen Elin Synnøve, Rekvig Ole Petter

Nephritogenic potential of anti-DNA antibodies against necrotic nucleosomes.

J Am Soc Nephrol 2009 Apr;20(4):696-704.

PMID: 19329762

Tveita A A, Ninomiya Y, Sado Y, Rekvig O P, Zykova S N

Development of lupus nephritis is associated with qualitative changes in the glomerular collagen IV matrix composition.

Lupus 2009 Apr;18(4):355-60.

PMID: 19276304

Mjelle Janne Erikke, Kalaaji Manar, Rekvig Ole Petter

Exposure of chromatin and not high affinity for dsDNA determines the nephritogenic impact of anti-dsDNA antibodies in (NZBxNZW)F1 mice.

Autoimmunity 2009 Feb;42(2):104-11.

PMID: 19005880

Seredkina Natalya, Zykova Svetlana N, Rekvig Ole P

Progression of murine lupus nephritis is linked to acquired renal Dnase1 deficiency and not to up-regulated apoptosis.

Am J Pathol 2009 Jul;175(1):97-106. Epub 2009 jun 15

PMID: 19528352

Tveita Anders, Rekvig Ole, Zykova Svetlana

Glomerular matrix metalloproteinases and their regulators in the pathogenesis of lupus nephritis.

Arthritis Res Ther 2008 Dec;10(6):229. Epub 2008 des 1

PMID: 19090960

Tveita Anders A, Rekvig Ole P, Zykova Svetlana N

Increased glomerular matrix metalloproteinase activity in murine lupus nephritis.

Kidney Int 2008 Nov;74(9):1150-8. Epub 2008 jul 2

PMID: 18596727

van Bavel Casandra C, Fenton Kristin A, Rekvig Ole P, van der Vlag Johan, Berden Jo H

Glomerular targets of nephritogenic autoantibodies in systemic lupus erythematosus.

Arthritis Rheum 2008 Jul;58(7):1892-9.

PMID: 18576314

Fenton Kristin Andreassen, Mjelle Janne Erikke, Jakobsen Søren, Olsen Randi, Rekvig Ole Petter

Renal expression of polyomavirus large T antigen is associated with nephritis in human systemic lupus erythematosus.

Mol Immunol 2008 Jun;45(11):3117-24.

PMID: 18423862

Zykova Svetlana N, Seredkina Natalya, Benjaminsen Jørgen, Rekvig Ole Petter

Reduced fragmentation of apoptotic chromatin is associated with nephritis in lupus-prone (NZB x NZW)F(1) mice.

Arthritis Rheum 2008 Mar;58(3):813-25.

PMID: 18311834

Mortensen Elin S, Fenton Kristin A, Rekvig Ole P

Lupus nephritis: the central role of nucleosomes revealed.

Am J Pathol 2008 Feb;172(2):275-83. Epub 2008 jan 10

PMID: 18187568

Bendiksen Signy, Mortensen Elin S, Olsen Randi, Fenton Kristin A, Kalaaji Manar, Jørgensen Leif, Rekvig Ole Petter

Glomerular expression of large polyomavirus T antigen in binary tet-off regulated transgenic mice induces apoptosis, release of chromatin and initiates a lupus-like nephritis.

Mol Immunol 2008 Feb;45(3):728-39. Epub 2007 aug 24

PMID: 17719634

Kalaaji M, Fenton KA, Mortensen ES, Olsen R, Sturfelt G, Alm P, Rekvig OP

Glomerular apoptotic nucleosomes are central target structures for nephritogenic antibodies in human SLE nephritis.

Kidney Int 2007 Apr;71(7):664-72. Epub 2007 feb 28

PMID: 17332738

Nikolaisen C, Rekvig OP, Nossent HC

Diagnostic impact of contemporary biomarker assays for rheumatoid arthritis.

Scand J Rheumatol 2007 Mar-Apr;36(2):97-100.

PMID: 17476614

Mjelle JE, Rekvig OP, Fenton KA

Nucleosomes possess a high affinity for glomerular laminin and collagen IV and bind nephritogenic antibodies in murine lupus-like nephritis.

Ann Rheum Dis 2007 Dec;66(12):1661-8. Epub 2007 mai 15

PMID: 17504842

Zykova SN, Seredkina NE, Rekvig OP

Glomerular targets for autoantibodies in lupus nephritis--an apoptotic origin.

Ann N Y Acad Sci 2007 Jun;1108():1-10.

PMID: 17893965

Fenton KA, Rekvig OP

A central role of nucleosomes in lupus nephritis.

Ann N Y Acad Sci 2007 Jun;1108():104-13.

PMID: 17893976

Mortensen E, Rekvig OP

Nephritogenic impact of anti-dsDNA antibodieas against necrotic nucleosomes

J Am Soc Nephrol (in press)

Fismen S, Hedberg A, Fenton KA, Jacobsen S, Krarup E, Kamper A-L, Rekvig OP, Mortensen ES

Circulating chromatin-anti-chromatin antibody complexes bind with high affinity to dermo-epidermal structures in lupus nephritis

UPUS (in press)

Fismen S, Rekvig OP, Mortensen E

Pathogenesis of SLE dermatitis – a reflection of the process in SLE nephritis?

Curr Rheum Rev, 2007, 3: 159-165

Doktorgrader
Janne Erikke

Mjelle

Disputert:
oktober 2009
Hovedveileder:
Kristin A Fenton
Manar Kalaaji

The role of nephritogenic anti-dsDNA antibodies and glomerular extra-cellular chromatin in murine and human lupus nephritis

Disputert:
juni 2007
Hovedveileder:
Ole Petter Rekvig

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, Helse Nord

Personvern  -  Informasjonskapsler