Eiwitsynthese in de hersenen van patiënten met het Fragiele X-syndroom

Biosynthese van eiwitten is essentieel voor de groei en het voortdurende onderhoud van het gehele neuron, inclusief axonen, dendrieten en synaptische terminals, en het is duidelijk een van de belangrijke biochemische processen die ten grondslag liggen aan adaptieve veranderingen in het zenuwstelsel. Studies bij proefdieren met de kwantitatieve autoradiografische L [1 (14)C]leucine-methode hebben een aantal fysiologische en pathologische omstandigheden aangetoond waarin veranderingen in regionale snelheden van cerebrale eiwitsynthese (rCPS) optreden.

We hebben onlangs de eerste volledig kwantitatieve methode ontwikkeld voor het bepalen van rCPS met positronemissietomografie (PET). De PET-methode is overgenomen van de autoradiografische L [1 (14)C]leucine-methode; het gebruikt L [1 (11) C] leucine als de PET-tracer, dynamisch scannen en een kinetische modelleringsbenadering voor kwantificering. Deze methode werd gevalideerd bij niet-menselijke primaten door PET-metingen te vergelijken met metingen op basis van gevestigde biochemische en autoradiografische technieken.

Het doel van de huidige studie is om te onderzoeken in welke mate veranderingen in rCPS bij menselijke proefpersonen kunnen worden gekwantificeerd met de L [1 (11) C] leucine PET-methode. We stellen voor drie onderzoeken achtereenvolgens uit te voeren. In Deel I zullen we de L-[1-(11)C]leucine PET-methode in menselijke proefpersonen toepassen. In deel II zullen we rCPS meten bij normale controlepersonen in twee toestanden: wakker en onder diepe sedatie/algemene anesthesie met propofol. Een verschil in rCPS tussen deze twee toestanden kan erop wijzen dat we activiteitsafhankelijke eiwitsynthese kunnen detecteren met de PET-methode. In deel III bestuderen we proefpersonen met het fragiele X-syndroom. Deze patiëntengroep werd gekozen omdat het aangetaste gen bij het fragiele X-syndroom codeert voor een eiwit waarvan wordt aangenomen dat het een negatieve regulator is van de vertaling van berichten. Een effect op de eiwitsynthese kan dus zeer dicht in de buurt komen van de onderliggende genetische afwijking bij het fragiele X-syndroom. Regionaal selectieve verhogingen van rCPS zijn gevonden in studies in een muismodel van deze ziekte.

De huidige studie zal de gevoeligheid van de L [1 (11) C] leucine PET-methode vaststellen om veranderingen in rCPS bij menselijke proefpersonen te detecteren. Een kwantitatieve en gevoelige methode om rCPS met PET te meten, zal de hulpmiddelen vergroten die beschikbaar zijn voor het onderzoeken van de hersenen en de regionale adaptieve reacties. Uiteindelijk kan de methode wijdverbreide toepassingen hebben, niet alleen voor de studie van normale ontwikkeling en plasticiteit, maar ook in de klinische geneeskunde, bijvoorbeeld bij het onderzoek naar stoornissen in de hersenontwikkeling, herstel van hersenletsel en neurodegeneratieve ziekten.

SPECIFIEKE DOELSTELLINGEN

1. Breng de L-[1-(11)C]leucine PET-methode tot stand voor het meten van rCPS bij mensen. Evalueer de optimale scantijd en de variabiliteit van de meting bij een individu.

2. Bepaal het effect van diepe sedatie met propofol op rCPS bij normale proefpersonen. We zullen de [1-(11)C]leucine PET-methode gebruiken om lambda te evalueren, d.w.z. de fractie van de voorloperpool voor eiwitsynthese die is afgeleid van arterieel plasma, en rCPS bij dezelfde proefpersonen onder wakkere en diepe sedatie-omstandigheden.

   I) Hypothese 1a. Diepe sedatie met propofol heeft effecten op rCPS.

   II) Hypothese 1b. Diepe sedatie met propofol heeft effecten op de waarden van lambda.

3. Beoordeel de gevoeligheid van de [1-(11)C]leucine PET-methode om verschillen in rCPS te detecteren bij proefpersonen met het fragiele X-syndroom.

I) Hypothese 3a. Er zijn regionaal selectieve veranderingen in rCPS bij proefpersonen met het fragiele X-syndroom in vergelijking met gezonde controles van dezelfde leeftijd. Getroffen regio's zijn onder meer hippocampus, thalamus, hypothalamus, amygdala en frontale en pariëtale cortex.

II) Hypothese 3b. In centrum semiovale, cerebellum, striatum en occipitale en temporale cortex rCPS zijn onveranderd bij proefpersonen met het fragiele X-syndroom in vergelijking met gezonde controles van dezelfde leeftijd.

III) Hypothese 3c. Waarden van lambda in de hersenen als geheel en in de onderzochte regio's zijn onveranderd bij proefpersonen met het fragiele X-syndroom in vergelijking met gezonde controles van dezelfde leeftijd.

IV) Hypothese 3d. De gemiddelde snelheid van eiwitsynthese in de hersenen als geheel is onveranderd bij proefpersonen met het fragiele X-syndroom in vergelijking met gezonde controles van dezelfde leeftijd.