Forskning

• Upptäckt av gener och utveckling av nya läkemedel för behandling av reumatoid artrit

Rikard Holmdahl

Kronisk inflammation förefaller vara en bidragande orsak till ett flertal stora folksjukdomar som reumatoid artrit, multiple skleros, ateroskleros m.fl. . Dessa sjukdomar är inte bara vanliga utan också komplexa, de orsakas av ett flertal olika gener och miljöfaktorer. Vi har ännu inte utvecklat någon förebyggande eller läkande behandling för dessa. Det finns idag stora förhoppningar att den exakta kunskapen om den mänskliga gensekvensen ska kunna bidra till att vi förstår varför vissa men inte andra får dessa sjukdomar. Vi använder en genväg för att nå detta mål genom att studera försöksdjursmodeller som uppvisar liknande sjukdomar som hos människa. Dessa har fördelen av att det skulle kunna vara möjligt att identifiera gener för komplexa sjukdomar. Vi har nu även kompletterat detta med en ny typ av genetiskt instrument som kallas för ”heterogeneous stocks”. Detta är speciella stammar av möss som skapats genom att 8 inavlade stammar har interkorsats under lång tid. Det liknar därmed en human population som också utvecklats från en liten ”founderpopulation”. Fördelen med HS hos möss är att det erbjuder en betydligt högre statistisk styrka och är genetiskt och miljömässigt kontrollerbar. Dessutom kan vi då även direkt studera hur generna fungerar och identifiera de viktigaste sjukdomsvägarna. Därmed kan vi också använda dessa försöksdjursmodeller för att undersöka helt nya principer och nya läkemedel för att förhindra och bota sjukdom.

• The role of posttranslational modifications on T cell tolerance and autoimmunity in rheumatoid arthritis and humanized animal models of rheumatoid arthritis

Johan Bäcklund

Immunsystemet normala uppgift är att skydda oss från invaderande kroppsfrämmande och farliga ämnen såsom bakterier, virus och parasiter. När så inte är fallet bör dock immunsystemet vara inaktivt och det är av yttersta vikt att det inte börjar angripa kroppens egen vävnad utan orsak, då detta kan leda till stor skada och till och med döden i vissa fall. Immunsystemet måste därför lära sig att skilja mellan kroppens egen vävnad och sjukdomsframkallande ämnen och detta görs genom att immunsystemets celler lär sig att ”tolerera” kroppsegna äggviteämnen. Om immunsystemet misslyckas att förbli tolerant mot den egna kroppen kan detta leda till att man drabbas av en sk autoimmun sjukdom där immunsystemet börjar angripa den egna vävnaden. Exempel på sådana sjukdomar är multipel skleros, reumatoid artrit och diabetes. Även om förekomsten av en enskild autoimmun sjukdom är liten, så räknar man med att 3-5% av människorna i västvärlden är drabbad av någon form av autoimmun sjukdom. Kollagen typ II (förkortat CII) är ett äggviteämne som finns i människor och djurs ledbrosk och där fungerar det som en stötdämpare och glidmedel mellan två skelettdelar.  Reumatoid artrit (förkortat RA)är en vanligt förekommande reumatisk sjukdom där en kronisk inflammation i lederna gör så att brosk och ben förstörs, med minskad rörlighet och betydande smärta som följd. Man vet inte vad som orsakar RA men man kan misstänka att immunsystemet uppfattar någonting som finns i lederna som kroppsfrämmande och farligt och att det då blir aktiverat och lederna förstörs. Genom att injicera möss med CII kan man framkalla en sjukdom i djuren som kallas Collagen-Inducerad Artrit (CIA) och som uppvisar många likheter med RA. Genom den här modellen kan man studera vilka mekanismer immunsystemet använder för att bli aktiverat samt hur detta leder till att lederna förstörs. Faktum är att det var genom CIA modellen som man lyckades identifiera TNF-alfa som ett mycket viktigt äggviteämne i sjukdomsförloppet. Genom samma modell kunde man också visa att om man eliminerade TNF-alfa så kunde stoppa en redan pågående ledinflammation. Denna viktiga upptäckt var faktiskt startpunkten för den fantastiska utvecklingen av nya och mer effektiva mediciner som idag finns för att behandla ett flertal olika autommuna sjukdomar, däribland RA. Det är dock viktigt att påpeka att eliminering av TNF-alfa inte är effektiv som behandling i alla RA patienter och att behandlingen även kan ha allvarliga biverkningar. I det här projektet ska vi använda CIA som en modell för att studera hur immunsystemet interagerar med kroppens egen broskvävnad för att lära sig att tolerera denna. På så vis är förhoppningen att få en ökad förståelse för vad som händer när toleransen slutar att fungera och den autoimmuna sjukdomen utbryter. Vi ska särskilt studera hur plötsliga eller gradvisa förändringar i strukturen på CII-molekylen kan komma att påverka hur immunsystemet uppfattar CII. En sådan förändring kan tex utgöras av att sockermolekyler binds fast på CII och vi har tidigare visat att vissa av immunsystemets celler gör skillnad på sockrat- och osockrat CII samt att celler som känner igen den sockrade varianten verkar ha svårare att bli toleranta mot kroppens eget CII. I det här projektet ska vi ta fram nya djurmodeller där det är möjligt att kontrollera om och när sockermolekylerna sätts fast på CII. Härigenom får man då möjlighet att i detalj kunna studera hur immunsystemet reagerar på dessa förändringar. Vi ska även utveckla en ny modell där möss uttrycker en mänsklig molekyl, sk transplantations-antigen, som man vet är förknippat med en förhöjd risk att utveckla RA och som även kan binda till den del av CII molekylen där socker kan fästas. Till sist ska vi också undersöka hur immunceller från RA patienter reagerar mot sockrat- och osockrat CII för att avgöra hur relevanta våra observationer i djurmodellerna är för patienternas situation. Mycket talar för att RA inte är en enskild sjukdom utan mer ett syndrom som innefattar ett antal olika specifika sjukdomar med liknande symptom (kronisk inflammation i lederna). Det är inte projektets syfte att utmåla CII och socker som orsak till man drabbas av RA, men i detta projekt har vi en möjlighet att undersöka i vilken utsträckning immunreaktivitet mot CII f kan vara involverat i syndromet samt vilken roll små strukturella förändringar av CII molekylen kan spela i detta.

• IgG  medierad autoimmunitet: Fc Glykosylering, Citrullin igenkänning, Initiering och genidentifikation i Artrit

 Kutty Selva Nandakumar

Autoimmuna sjukdomar uppstår när kroppsvävnad felaktigt attackeras av sitt eget immunsystem. Reumatoid artrit (RA) är en autoimmun sjukdom som angriper lederna och leder till kronisk inflammation. Smärta, svullnad, stelhet och förstörelse av lederna är vanligt och kan leda till minskad rörlighet hos RA patienter. RA drabbar 0,5-1% av världens befolkning. Kvinnor drabbas oftare än män. Vad som orsakar sjukdomen och hur den utvecklas är oklart. Tidigare lyckade behandlingar av RA som har gjorts genom att med antikroppar ta bort B cellerna ger hopp åt lidande patienter. Tack vare framsteg i behandlingen av RA med bortplockande av B-celler har nytt intresse väckts för vilken roll som B-cellerna och antikropparna som de utsöndrar har i utvecklingen av sjukdomen. IgG antikroppar bidrar inte bara till inflammationen associerat med immunkomplex utan kan också ha en direkt nedbrytande effekt på brosket. Syftet med detta projekt är att förbättra vår förståelse för B-cellernas och antikropparnas roll i att framkalla RA vilket kommer att ha betydande inverkan på förmågan att utveckla nya behandlingar för RA och andra autoimmuna sjukdomar orsakade av IgG (t.ex: lupus nephritis, myasthenia gravis). Nyligen utnyttjade vi bakterieenzymet från S. pyogenes, EndoS för att specifikt klyva kolhydrater som finns på Fc delen av den artrit framkallande IgG molekylen och detta ger ett betydande skydd mot artrit. I detta projekt vill vi specifikt klyva Fc kolhydraterna direkt i mössen genom att injicera EndoS och undersöka vilken effekt det har för att förebygga artrit. RA patienter har också höga nivåer av citrullinantikroppar som används i diagnossyfte. Om dessa citrullinspecifika antikroppar har sjukdoms framkallande effekt är inte bevisat och inte heller vet vi hur dessa antikropps producerande B celler väljs ut. I detta projekt vill vi skapa och studera en ny transgen mus som bara producerar anti-citrulline antikroppar för att besvara dessa frågor. Dessutom är djurmodeller nödvändiga för att undersöka hur artrit utvecklas och vilka faktorer som orsakar sjukdomen? Men, djurmodeller som används idag för artrit studier använder ett själv-antigen (t.ex kollagen typ II) blandat med en substans kallad adjuvans för att framkalla sjukdomen. Dessa adjuvanser som används vid injektion stör alltid immunsvaret så att vi inte vet vilket det faktiska immunsvaret mot självantigenet är? I detta projekt vill vi utveckla en ny adjuvans genom att använda smarta, overksamma och väldefinierade kemiska polymerer för att förstå immunsvarets karaktär mot själv-antigen utan att involvera klassiska adjuvanser. Viktigast av allt, för att förstå sjukdomens utvecklande måste vi identifiera de gener som gynnar sjukdomen. I denna riktning kommer vi att identifiera minst en gen som gynnar antikroppsfrämjande artrit under projektperiod. Alltså kommer denna studie att ge resultat som hjälper till att bättre förstå RA sjukdom. Detta föreslagna projekt kommer också att leda till humana studier i denna riktning och eventuellt hjälpa till att utveckla nya effektiva behandlingar för RA patienter och patienter med andra autoimmuna sjukdomar inducerade av IgG antikroppar.

• Funktionen av regulatoriska T-celler i djurmodeller av ledgångsreumatism

Kajsa Wing

Detta projekt syftar till att fördjupa våra kunskaper om  ledgångsreumatism som är en livslång sjukdom som drabbar ca 1% av befolkningen. Sjukdomen kännetecknas av kronisk inflammation i lederna som obehandlad är både smärtsam och handikappande. Trots att det idag finns mediciner som lindrar besvären hos många  (men inte alla) vet ingen ännu exakt hur sjukdomen uppstår och den kan inte botas. Ledgångsreumatism är en så kallad autoimmun sjukdom vilket betyder att att immunförsvaret, som består av ett sofistikerat nätverk av vita blodkroppar som skall skydda oss från angrepp av bakterier och virus, plötsligt börjar angripa den egna kroppen. Immunförsvaret är mycket kraftfullt och om det riktas mot fel mål kan det orsaka stora och till och med livshotande skador. För att förhindra detta finns det inbyggda skyddsmekanismer som faktiskt skyddar kroppen från det egna immunförsvaret. En av dessa skyddsmekanismer består av en särskild sorts vita blodkroppar som kallas för regulatorisk T-celler eftersom de kan stänga av andra sorters aktiverade T-celler, alltså reglera dem.  Resultatet blir att immunförsvaret dämpas till en nivå där bakterier och virus kan bekämpas effektivt samtidigt som kroppen inte kommer till skada. Om denna balans störs kan man drabbas av en autoimmun sjukdom som ledgångsreumatism är ett exempel på. Hos människor som drabbas av ledgångsreumatism sker en störning av immunförsvaret många år innan några symptom dyker upp. Så för att kunna ta reda på hur sjukdomen startar måste vi ta hjälp av musmodeller av ledgångsreumatism. I möss kan man kan undersöka vad som händer med immunförsvaret från det att sjukdomen utvecklas tills att den blir kronisk. För att kunna studera de T-celler som är inblandade i sjukdomen används en musmodell där en del av musens T-celler inklusive de regulatoriska T-cellerna känner igen proteinet kollagen typ II som det finns mycket av  i leden. Dessa celler kan följas i kroppen med hjälp av en antikropp som specifikt känner igen de T celler som reagerar på kollagen typ II. Genom att märka cellerna med antikoppen kan man veta exakt var i kroppen de celler som har att göra med ledgångsreumatisms befinner sig och hur de beter sig. Det här projektet syftar främst till att ta reda på hur de regulatoriska T cellerna förhindrar ledgångsreumatism och i en del av projektet kommer de led-specifika regulatoriska T-cellerna följas i möss som är mer benägna att få artrit eftersom de har en försämrad förmåga att producera syreradikaler. Det finns tecken på att den ökade benägenheten har att göra med hur bra de regulatoriska T-cellerna aktiveras och delar sig men det behövs ytterligare bevis. Regulatoriska T-celler kan förhindra autoimmuna sjukdomar på flera olika sätt men tidigare resultat visar att om ett protein som kallas CTLA-4 saknas på regulatoriska T-cellerna så angrips både hjärtat och magsäcken av immunförsvaret för att de regulatoriska T-cellerna inte kan stoppa det. Genom att vi kan följa ledspecifika regulatoriska celler kan vi undersöka betydelsen av CTLA-4 vid artrit. Detta är av stor betydelse vid ledgångsreumatism eftersom man redan utnyttjar CTLA-4 molekylen som medicin. Större kunskap om hur regulatoriska T celler använder CTLA-4 kan förbättra det sätt som man idag utnyttjar molekylen medicinskt. Regulatoriska T-celler är absolut nödvändiga för att förhindra uppkomst av autoimmuna sjukdomar och genom att manipulera antalet eller funktionen av regulatoriska T-celler skulle man på ett unikt sätt kunna återställa balansen i immunförsvaret och bota den kroniska inflammationen i lederna. Men för att göra detta på ett effektivt sätt behöver vi veta mycket mer om regulatoriska T-cellers betydelse och funktion vid ledgångsreumatism. Slutmålet är fördjupad kunskap om regulatoriska T-celler som skall leda till nya typer av terapier som medför att patienter med ledgångsreumatism kan få en bättre livskvalitet och i framtiden kanske botas helt. 

• Kartläggning av patologiska förändringar i DNA methylerings profilen karaktäristiska för artritogena T-celler hos råtta. -För att identifiera nya regulatoriska mekanismer i uppkomsten av reumatoid artrit.

 Liselotte Bäckdahl

Ett typiskt kännetecken för ledgångsreumatism är infiltration av T-celler i leden. I en djurmodell for ledgångsreumatism, kan man framkalla sjukdom hos friska råttor genom att endast injicera dem med T-celler från en sjuk råtta. Hur dessa sjukdomsframkallande T-celler bildas är inte känt. T-celler är en del av immunförsvaret med en förmåga att känna igen ”icke-egna” -främmande cellstrukturer på t.ex. bakterier, och som snabbt kan sätta igång en kaskad av reaktioner så dessa kan elimineras. Denna förmåga att skapa ett riktat försvar är beroende av ett kraftigt reglerat genuttrycks-system för att för hindra fel som någon annanstans i kaskaden kan bli katastrofala och för att regleringen ska vara beständig. Detta reglerande minnes system består av modifikationer av den tredimensionella strukturen av DNA samt modifikationer på DNA molekylen, kallad epigenetisk reglering, eftersom den är utanpå själva DNA sekvensen. Min forskning ämnar studera sådana modifikationer på DNA (metylering av cytosine) och hur de påverkar utvecklingen av artrit-framkallande T-celler. Målet med den föreslagna studien är att etablera nivån av epigenetisk påverkan på utvecklingen av artrit hos råtta och att kartlägga patologiska förändringar i DNA methylerings profilen karaktäristiska för artritogena T-celler. Detta ämnas genomföras i två delar: 1.    Att studera sjukdomsutveckling efter nedreglerad DNA metylering med hjälp av behandling med en DNA metylerings hämmare, samt karakterisera förändringar i immune svar. 2.    Att skapa en ’T-cell genom-wide’ DNA metylerings profil karakteristisk for reumatism-framkallande T-celler. Denna profil kommer att ligga till grund för vidare studier av de ’artrit’-reglerande regionerna. Vi kommer specifikt att karakterisera den funktionella effekten av regionen i ett reporter gen system, vilket möjliggör närmre studier av de regulatoriska element som kan styra dess reglerande effekt. Denna strategi förväntas kunna ge svar på frågor som inte bara har anknytning till epigenetisk reglering av inflammation utan kan överföras på andra patologiska förlopp, samt ge en vidare förståelse för hur genomet är reglerat i T-celler i stort.

• Målet med detta projekt är att identifiera genetiska faktorer som orsakar reumatism samt att klarlägga sjukdomsmekanismerna som regleras av dessa

 Lina Olsson

Reumatism är en kronisk och autoimmun ledsjukdom med ett inflammatoriskt sjukdomsförlopp som orsakas av både miljö- och genetiska faktorer. För att få bättre kunskap om sjukdomsförloppet är det viktigt att identifiera de gener som orsakar reumatism eller påverkar sjukdomsförloppet. Det genetiska bidraget till reumatism tror utgöras av ett stort antal genvarianter som i olika kombinationer ökar risken för att utveckla reumatism eller förvärra redan pågående sjukdom. Eftersom varje enskild genvariant endast ger upphov till en liten del av det totala genetiska bidraget till reumatism krävs studier i ett stort antal patienter och kontroller för att kunna upptäcka enskilda sjukdomsassocierade genvarianter. En extra svårighet med en sjukdom som reumatism är att den har en komplex sjukdomsbild, dvs. patienterna kan ha olika symtom och sjukdomsutveckling. Eftersom detta innebär att olika reumatiker kan olika uppsättning av sjukdomsorsakande genvarianter krävs studier i väldigt stora och väl karakteriserade patientgrupper för att kunna identifiera nya sjukdomsgener. Ett alternativt sätt att identifiera nya sjukdomsorsakande gener och sjukdomsmekanismer, samt att studera de cellbiologiska effekterna av dessa, är att använda djurmodeller. Fördelarna med djurmodeller är många; den genetiska komplexiteten minskar eftersom inavlade djurstammar studeras, sjukdomsmodellen induceras vilket gör det möjligt att direkt studera de tidiga skeendena av sjukdomen, sjukdomsmodellen representerar endast en del av den humana sjukdomen vilket möjliggör detaljerade studier av specifika sjukdomsvägar. Det går även att genetisk manipulera djuren så att de uttrycker de genvarianter som identifierats som viktiga hos reumatiker med syfte att studera biologiska mekanismer. De senaste åren har vi identifierat flera intressanta kandidatgener i olika djurmodeller. Målet med det här projektet är att undersöka om dessa gener har betydelse för utvecklandet av reumatism. Genom att göra genetiska associationsstudier, där frekvensen av olika genvarianter jämförs mellan en kontrollgrupp och en patientgrupp kan sjukdomsassocierade genvarianter, som har en högre frekvens i patientgruppen, identifieras. En intressant gen som vi studerar i det här projektet heter Ncf1 och identifierades som viktig för utvecklandet av reumatism i en modell i råtta. Ncf1 är en del av ett komplex som producerar syreradikaler i flera olika celler i immunförsvaret. Vi har tidigare kunnat visa att Ncf1 och syreradikaler är viktiga för regleringen av immunförsvaret och för bibehållandet av immunologisk tolerans mot kroppsegna strukturer. Till skillnad från i råtta och mus är Ncf1-regionen komplex i det mänskliga genomet och har flera funktionella och icke-funktionella Ncf1 gener. Nyligen kunde vi visa att antalet kopior av funktionellt Ncf1 varierar och i en svensk population har cirka 10 % en extra kopia av Ncf1. När vi jämförde frekvensen av den extra kopian mellan reumatiker och en kontrollgrupp fann vi att patientgruppen har en lägre frekvens av den extra kopian, vilket skulle kunna tyda på att det är skyddande mot reumatism att ha mer än en funktionell Ncf1 gen. I en tidigare studie har vi identifierat en associerad genvariant i genen Ncf4 som också är en del av samma komplex. Som en del av det här projektet ska vi nu undersöka de funktionella konsekvenserna av de genetiska varianterna i Ncf1 och Ncf4.