Lysosomal forskningsgruppe

Lysosomene er cellens fordøyelsesorgan.  Den får mat fra utsiden via endocytose/pinocytose/fagocyose, og mat fra innsiden via autofagi.  I lysosomenes sure miljø foregår først en lettere denaturering, før et batteri av lysosomale hydrolaser bryter ned makromolekylene til deres respektive byggeklosser, for eksempel aminosyrer og monosakkarider fra glykoproteiner.  Byggeklossene sendes ut av lysosomene inn i cytosol via transportproteiner i lysosomets membran. I cytosol vil byggeklossene enten bli brukt til syntese av nye makromolekyler eller de oksyderes til karbondioksyd og vann under utvikling av kjemisk energi i form av ATP.  Ved arvelig mangel på en lysosomal hydrolase eller et transportprotein, så vil noen molekyler ikke kunne sendes gjennom den lysosomale membranen, og de hoper seg opp i lysosomene.  Hvis disse molekylene er toksiske for cellen, så har man en lysosomal lagringsykdom («lysosomal storage disorder», LSD).  Molekyler som hoper seg opp i lysosomene fordi de ikke unnslipper gjennom den lysosomale membranen blir transportert ut av cellen via en lite kjent vesikulær transportvei, blir filtrert i nyrene og kommer ut i urinen.  Dette er den klassiske modellen for lysosomenes funksjon, som først ble foreslått av belgieren og nobelprisvinneren Charles de Duve på 60-tallet.

Lysosomal forskningsgruppe studerer en ny lysosomal funksjon, som er spesiell for myeloide celler, og spesielt makrofagene.  Makrofagene blir dannet fra stamceller i benmargen, og de danner en viktig del av organismens politistyrke (immunforsvaret).  De er utstasjonert på utsiden av alle vitale organer, som for eksempel leverceller der de kalles Kupffer celler, eller hjernen der de kalles mikroglia.  Dette gjør dem perfekte for å oppdage infeksjoner og å organisere forsvaret.   Forsvaret vil ofte bli satt i gang med en sekresjon av proinflammatoriske cytokiner som rekrutterer en rad celler til slagstedet, som neutrofiler, T-celler, B-celler, granulocytter osv., og som bidrar til nekrose (celledød) i omkringliggende vev.  Denne prosessen kalles for inflammasjon, og den må reguleres meget nøye fordi den ellers kan føre til stor skade.  Unormalt mye feber er typisk for en del lysosomale sykdommer, som for eksempel alfa-mannosidose, noe som kan tyde på at en manglende regulering av inflammasjonen er en del av sykdomsbildet.  Lysosomal forskningsgruppe har nylig oppdaget den første lysosomal sykdommen, DADA2, hvor ufullstendig regulering av inflammasjonen er den dominerende patologiske årsaken til sykdommen.  I motsetning til de fleste andre lysosomale proteiner, så uttrykkes det manglende proteinet i DADA2-pasienter (ADA2) bare i spesielle celletyper, myeloide celler, hovedsakelig monocytter/makrofager.  Typiske kliniske symptomer er nekrose av endotelcellelaget i små og mellomstore blodårer, noe som fører til fortetting av små årer (mini-infarkt) og mosaikk-aktige røde utslett på huden.  Dette er typisk for en stor gruppe autoinflammatoriske sykdommer som kalles for vaskulititis.  I meget alvorlige tilfeller kan DADA2 føre til hjerneslag.  Sykdommen kan i dag behandles med anti-inflammatoriske medisiner, spesielt anti-TNFalfa, som holder inflammasjonen nede.  Lysosomal forskningsgruppe ønsker å bruke DADA2 som en modell for å forstå lysosomenes funksjon i reguleringen av inflammasjonen etter en infeksjon, noe som har vært lite kjent inntil nå.  Vi ønsker å sette denne reguleringen inn i en kontekst, hvor man følger prosessen fra en mikrorganisme fester seg på makrofagene, inntil makrofagene responderer ved å sende ut proinflammatoriske cytokiner.  Slik vi ser prosessen per i dag er at mikroorganismen fester seg på makrofagene, de blir spist opp av makrofagene ved endocytose eller fagocytose, og ender opp i lysosomene, der de blir fordøyet.  Denne fordøyelsen utføres av batteriet av lysosomale hydrolaser, og leder i første omgang til myriader av delvis nedbrutte makromolekyler.  Vår teori er at disse molekylene er substrater for reseptorer som gjenkjenner PAMP (patogen-assosierte molekylære mønstre), og som ved binding aktiverer intracellulære signalveier, som fører til syntese og sekresjon av proinflammatoriske cytokiner.  Denne modellen passer godt inn i den funksjonen vi har funnet for ADA2, ved at den virker som en hydrolase som spalter DNA (en DNase).  Da den spalter bare i en tråd av gangen, kan vi kalle den en «nicking DNase».  For å spalte dobbelt-trådet DNA i separate fragmenter, kreves derfor mange enkeltspaltinger.   Dette er et stort funn, fordi det i literaturen bare er beskrevet en enkel lysosomal DNase, som kalles for DNase 2, og som er et helt annet genprodukt enn ADA2.  DNA-fragmenter fungerer som PAMP, ved at reseptorer, som for eksempel Toll-like reseptor 9, kan skille mellom «selv-DNA» og «fremmed-DNA».  Det er dermed ikke urimelig at en DNase, som ADA2, kan bidra til reguleringen av inflammasjonen ved å bryte ned DNA.  Foreløbige resultater tyder på at ADA2 bryter ned enkelte virus-DNA fortere enn andre, noe som kan tyde på at den også har en funksjon i å skille mellom ulike typer DNA, for eksempel farlig og mindre farlig DNA.  Dette er stadig en spekulasjon. 

Lysosomal forskningsgruppe vil bidra til en forbedret diagnose og terapi av DADA2.  Dagens diagnose med å bruke et kunstig substrat, adenosin, kan føre til falske negative.  En livslang behandling med anti-inflammatoriske medikamenter kan føre til negative bivirkninger, for eksempel sekundære sykdommer som følge av neddopet immunforsvar og reaksjoner mot anti-inflammatoriske medikamenter.  En enzymterapi, for eksempel ved genterapi av stamceller, kan være en løsning.  Gruppen har omfattende samarbeid med kliniske laboratorier og familieorganisasjonen, DADA2.org.  Det kan spesielt nevnes Michele Proitti ved universitetsklinikken i Freiburg, og Chip Chambers fra New York som er leder for familieorganisasjonen og arrangerer DADA2-konferanser annet hvert år.  Gruppen er Norges representant i EU-konsortiet «INNOGLY» med 18 europeiske land, og leder en aktivitet, lysosomale sykdommer, i dette konsortiet.