We hebben 190 gasten online

Proefschrift IGF-I Bioactivity in Aging, Health and Disease

Gepost in Gezondheid

IGF-I Bioactivity in Aging, Health and Disease.

© 2009 M.P. Brugts

ISBN: 978-90-8559-915-9

http://publishing.eur.nl/ir/repub/asset/17722/100106_Brugts%2C%20Michael%20Pascal.pdf

IGF-I Bioactivity in Aging,

Health and Disease

IGF-I bioactiviteit in relatie tot veroudering, gezondheid en ziekte

Proefschrift

ter

ter verkrijging van de graad van doctor aan de

Erasmus Universiteit Rotterdam

op gezag van de rector magnificus

Prof.dr. H.G. Schmidt

en volgens besluit van het College voor Promoties

De openbare verdediging zal plaatsvinden op

woensdag 6 januari om 15.30 uur

door

Michael Pascal Brugts

geboren te Rotterdam

SAMENVATTING

Een van de grote uitdagingen in het veld van onderzoek dat zich toespitst op

‘insulin-like growth factors’ (IGFs) is te verklaren hoe de IGF-I bioactiviteit

wordt gereguleerd in vivo. Aan de basis van deze uitdaging ligt het complexe

netwerk van het IGF systeem, alsmede de dynamische interacties die het heeft

met andere factoren. Het klassieke IGF systeem bestaat uit twee groeifactoren

(IGF-I en IGF-II), zes IGF bindende eiwitten (IGFBP-1 t/m -6, negen IGFBP

gerelateerde eiwitten (IGFBP-rPs), twee cel receptoren (de IGF-IR en de IGFII

mannose-6-fosfaat receptor (M-6-PR) en verschillende IGFBP specifieke

proteasen. Hieruit kan geconcludeerd worden dat IGFs omringd worden

door een groot aantal regulatoire eiwitten en factoren. Dit suggereert zowel

stringente, complexe als dynamische regulatie van de acties die door IGFs

worden bewerkstelligd.

Tegenwoordig wordt gebruik gemaakt van immunoassays ter bepaling

van circulerende concentraties van de individuele componenten van het IGF

systeem. Met name IGF-I immunoassays, ter bepaling van de totale IGF-I

spiegels, worden gebruikt in de kliniek met betrekking tot het screenen naar,

het diagnosticeren van, en het evalueren van de behandeling van groeihormoon

(GH) gerelateerde ziekten (bijvoorbeeld acromegalie en groeihormoon

defi ciëntie). Men moet zich echter realiseren dat inherent aan het gebruik van

IGF-I immunoassays concessies moeten worden gedaan ten aanzien van de

structuur van het IGF systeem. IGFBPs worden verwijderd uit het bloedmonster

om volledige toegankelijkheid te garanderen van specifieke antilichamen

voor IGF-I, met als gevolg dat de invloeden van IGFBPs op de IGF-I activiteit

dus worden genegeerd. Ten tweede, ondanks dat de toegepaste technieken

in IGF-I immunoassays zijn geëvolueerd van competitieve bindingsstrategieën

(IGF-I RIA) naar bindingsmethoden berustend op het gebruik van

twee antilichamen (IRMA, CLIA), is het algemene principe – de focus ligt

op de ligand concentratie – onveranderd gebleven. Echter, de circulerende

hormoon spiegels hoeven niet per se de biologische beschikbaarheid van

IGFs te vertegenwoordigen (iets wat ook geldt voor de bepaling van vrij IGFI).

Ten derde, zelfs indien spiegels middels immunoassay technieken zeer

accuraat bepaald zouden worden, geldt alsnog dat het bijzonder moeizaam

is de individuele invloed van IGF-I en/of IGFBPs spiegels (of veranderingen

daarin) op de IGF-I bioactiviteit te defi niëren. Dit laatste is namelijk mede

afhankelijk van de context van deze spiegels / veranderingen ten opzichte

van elkaar, alsmede van andere factoren die van invloed zijn op de IGF-I

bioactiviteit. Resumerend, ondanks het feit dat immunoassays zonder enige

twijfel belangrijke informatie over het IGF systeem aan het licht hebben

gebracht, sluit dit geenszins de mogelijkheid uit dat waardevolle informatie

over het IGF systeem nog steeds niet wordt gedetecteerd.

In 2003 is door Chen et al. een zeer specifi eke en sensitieve bioassay

ontwikkelt ter bepaling van de circulerende IGF-I bioactiviteit in humaan

serum (IGF-I KIRA). Deze assay kwantificeert de IGF-IR fosforylering in

levende cellen na stimulatie met serum als een directe afgeleide van de circulerende

IGF systeem activiteit, gedefinieerd als IGF-I bioactiviteit. Belangrijke

onderscheidende eigenschappen van de IGF-I KIRA in relatie tot IGF-I immmunoassays

zijn dat het als meetbare uitkomst gebruik maakt van een zeer

specifieke biologische respons, en dat het IGF systeem, waardoor deze respons

gegenereerd wordt, geheel intact blijft. Daarom zou de IGF-I KIRA een

meer natuurlijke afspiegeling kunnen geven van de in vivo IGF-I bioactiviteit,

aangezien activatie van de IGF-IR de eerste en biologisch meest specifi eke

respons is van alle factoren die direct de IGF-I bioactiviteit beïnvloeden (het

vertegenwoordigt het niveau waarbij alle extracellulaire informatie wordt

geïntegreerd en vertaald naar een intracellulaire response).

In de studies opgenomen in dit proefschrift is gebruikt gemaakt van de IGF-I

KIRA ter bestudering van de IGF-I bioactiviteit in relatie veroudering, gezondheid

en ziekte. Onze algemene doelstelling was te evalueren of bepalingen

van de circulerende IGF-I bioactiviteit de potentie hebben nieuwe inzichten te

verschaffen over de eigenschappen van het circulerende IGF systeem.

In hoofdstuk 2 hebben wij een cross-sectionele studie beschreven waarin

normaalwaarden voor de IGF-I KIRA methode zijn bepaald. De circulerende

IGF-I bioactiviteit is hierbij gemeten in bloed van 426 gezonde bloeddonoren.

Recent heeft Ranke et al. totale IGF-I waarden bepaald in deze populatie,

waarbij gebruik is gemaakt van vijf verschillende IGF-I immunoassays. Onze

bevindingen waren dat de distributie van de circulerende IGF-I bioactiviteit

in de studie populatie dicht in de buurt kwam van een normale Gaussiaanse

curve. Dit staat in contrast tot de distributies gevonden in de populatie voor

totaal IGF-I. De leeftijdsspecifieke normaal waarden vormen een houvast bij

de interpretatie van toekomstige IGF-I bioactiviteit metingen of deze normaal,

verhoogd en/of verlaagd zijn bij individuen met onderliggende pathologische

aandoeningen zoals acromegalie en GH deficiëntie. Bij vrouwen rond de leeftijd

van 55 jaar daalde de circulerende IGF-I bioactiviteit significant. Dit suggereert

dat de IGF-I bioactiviteit ten dele wordt gedreven door oestrogenen/

prostagenen. Wij vonden significante correlaties tussen de IGF-I bioactiviteit

en metingen van totaal IGF-I (P<0,001), echter de r2 varieerde van 0.25 tot

0.31. Dit betekent dat 70-75% van de variatie in de IGF-I bioactiviteit niet

kon worden verklaard door spiegels van totaal IGF-I. Ook vonden wij dat de

IGF-I bioactiviteit daalde met de leeftijd, maar dat de ratio tussen de IGF-I

bioactiviteit en totaal IGF-I, uitgedrukt in percentage, steeg met de leeftijd.

In hoofdstuk 3 hebben wij een prospectieve studie beschreven waarin de

circulerende IGF-I bioactiviteit naast vrij en totaal IGF-I zijn geanalyseerd in

relatie tot overleving in een populatie van nagenoeg 400 oudere mannen.

Correlaties tussen de spiegels van IGF-I bioactiviteit en die van totaal en vrij

IGF-I waren significant, doch zwak, en de gemiddelde IGF-I bioactiviteit was

2 tot 3 maal hoger dan die van vrij IGF-I. Wij vonden dat alleen de samengestelde

overlevingsmodellen voor de IGF-I bioactiviteit significantie bereikten.

Relatief hoge, in plaats van een lage IGF-I bioactiviteit, was geassocieerd met

een langere overleving. In een sub-analyse hebben wij de populatie gestratifi-

ceerd voor de aan- danwel afwezigheid van hart- en vaatziekte (CVD) en/

of bewijs voor een hoog CVD risico profiel gebaseerd op CRP spiegels (een

maat voor subklinische sytemische infl ammatie). Wij vonden dat een lage

IGF-I bioactiviteit een onafhankelijke risico factor was voor mortaliteit en met

name bij individuen met CVD en/of een hoog inflammatoir risico profiel. Wij

veronderstellen dat deze bevindingen van belang kunnen zijn aangezien zij

directe inzichten geven in de functie van het circulerend IGF syteem in relatie

tot humane overleving.

In hoofdstuk 4 hebben wij onze resultaten beschreven van de circulerende

IGF-I bioactiviteit en totaal IGF-I bepaald in een gerandomiseerde cross-over

studie met 12 gevoede nierpatiënten, gebruik makend van continue ambulante

peritoneale dialyse (CAPD) als nier vervangende therapie. Twee verschillende

dialyse oplossingen zijn gebruikt; verrijkt met alleen glucose (G) dan wel met

glucose en aminozuren (AAG). De IGF-I bioaciviteit en totaal IGF-I werden

voorafgaand en na het dialyse programma (9 uur later) bepaald. We vonden

dat de gemiddelde circulerende totaal IGF-I spiegels zich bevonden in bovenste

helft van de normaal waarden, terwijl de gemiddelde IGF-I bioactiviteit

spiegels zich echter in de onderste helft van de normaalwaarden bevonden.

Wij vonden geen verschillen in circulerende totaal IGF-I spiegels na AAG of

G dialyse wanneer deze werden vergeleken met de waarden voorafgaand

aan dialyse. De IGF-I bioactiviteit steeg in de CAPD patiënten na zowel AAG

als G dialyse, echter dit bereikte alleen significantie in de AAG dialyse groep.

Dit betekent dat zelfs in een gevoede toestand de IGF-I bioactiviteit snel kan

worden aangepast (dit als reflectie van systemische dynamiek), daarbij een

causale relatie met AAG opname hebbende. Wij concludeerden dat bioactief

maar niet totaal IGF-I betrokken is bij de acute responsen op voedingsinterventies

bij CAPD patiënten.

In hoofdstuk 5 hebben wij een case report beschreven van een relatief

gezonde patient met lage totaal IGF-I spiegels die uiteindelijk gebaseerd

bleek op interferentie van de gebruikte IGF-I immunoassay door heterofiele

antilichamen. IGF-I immunoassays zijn afhankelijk van de specifieke interactie

tussen het IGF-I proteïne en het IGF-I antilichaam. Deze interactie kan

theoretisch worden verstoord door in serum aanwezig zijnde heterofiele

antilichamen. Een dergelijke interferentie, een bekend fenomeen in andere

immunoassays, was tot op heden niet beschreven voor IGF-I immunoassays.

Alhier rapporteren wij de eerste ‘case’ in de literatuur. Onze observatie zou

kunnen impliceren dat in sommige gevallen heterofiele antilichamen een valkuil

kunnen vormen bij de interpretatie van totale IGF-I spiegels, met name bij

gebruik in de diagnostiek of behandeling van GH aandoeningen. Wij toonden

aan dat de IGF-I bioactiviteit bij deze patiënt zich bevond in de mid-normale

waarden rekening houdend met leeftijd en geslacht. Gebruik makend van de

‘scantibody’ techniek, met als doel de interferentie door hetrofiele antilichamen

te elimineren, vonden wij dat de totale IGF-I spiegel van deze patiënt

zich bevond in de mid-normale range. Deze studie vormt een aanvulling op

de data die aantonen dat bepalingen van de IGF-I bioactiviteit substantieel

kunnen verschillen van die verkregen met immunoassay technieken.

In hoofdstuk 6 wordt een cross-sectionele studie beschreven, verricht in

oudere individuen (N=1036). In deze studie hebben wij ons toegespitst op de

relatie tussen de circulerende IGF-I bioactiviteit, insuline resistentie (HOMAIR)

en het metabool syndroom (MS). De circulerende IGF-I bioactiviteit steeg

progressief, parallel aan de gemiddelde nuchtere glucose en insuline waarden

(en daarmee de HOMA-IR), maar daalde wanneer type 2 DM aanwezig

was. Wij veronderstellen dat de stijging van de IGF-I bioactiviteit parallel aan

de toename in de HOMA-IR ten gevolge van een compensatoir mechanisme

kan zijn; dit ter overwinning van de heersende insuline resistentie middels de

insulineachtige effecten van IGFs op de cellulaire glucose opname en op de

perifere insuline gevoeligheid. Het bestaan van hepatische insuline resistentie

zou de oorzaak kunnen zijn van het verval van de circulerende IGF-I bioactiviteit

bij diabetici. Deze studie ondersteunt het idee dat het IGF systeem

betrokken is in de pathogenese van DM type 2. Een oorzakelijk verband kan

echter niet verkregen worden uit de opzet van deze studie.

Het MS is een toestand die wordt gekarakteriseerd door een kluster van

vijf bewezen cardiovasculaire risico factoren waarbij wordt verondersteld

dat insuline resistentie de zogenaamde hoeksteen vormt van het syndroom.

Wij vonden een parabole relatie tussen de IGF-I bioactiviteit en het aantal

aanwezige componenten van het MS. De gemiddelde IGF-I bioactiviteit steeg

gradueel tot op het niveau van 3 aanwezige MS componenten, maar het daalde

bij aanwezigheid van alle 5 de componenten. Deze data staat in contrast tot

de relatie tussen totaal IGF-I spiegels en het aantal componenten van het

MS die is beschreven door anderen, waarbij een afnemend lineair verband is

gevonden. Wij speculeren dat er een Straling Curve zou kunnen bestaan voor

de circulerende IGF-I bioactiviteit.

In hoofdstuk 7 hebben wij een studie beschreven waarin de associatie tussen

de genetische variatie ter plaatse van het humane IGF-I locus en circulerende

spiegels van totaal en bioactief IGF-I is geanalyseerd; 18 SNPs werden bestudeerd

welke tevens zijn gebruikt ter samenstelling van 6 haplotype blokken.

Daarnaast hebben we de relatie bestudeerd tussen deze SNPs/haplotypen en

het risico op een hart infarct en/of angina pectoris (MI/AP). Studie participanten

waarbij circulerend totaal (N=430) en bioactief IGF-I (N=1036) werden

bepaald werden at random geselecteerd vanuit respectievelijk de eerste en

derde onderzoeksronde van de Rotterdam studie. Spiegels van circulerend

totaal IGF-I waren significant geassocieerd met individuele SNPs die voornamelijk

gelokaliseerd waren in haplotype blokken (1 en 2) die de genetische

variatie van de promotor regionen van het IGF-I gen omvatten. Haplotypen

in blok 1 en 2 waren ook geassocieerd met spiegels van totaal IGF-I. Deze

haplotypen waren tevens significant geassocieerd met het risico op MI/AP,

echter alleen in mannen.

Individuele SNPs waren significant geassocieerd met spiegels van de IGF-I

bioactiviteit, doch dit werd alleen gevonden in mannen. Deze SNPs waren

gelokaliseerd in haplotype blokken 3 tot en met 6, welke de genetische variatie

omvatten van intron 2 tot en met 5 alsmede van de 3’ untranslated region

(3’UTR). Haplotypen in blokken 3 tot en met 5 bereikten ook signifi cantie in

mannen. We vonden geen significante associaties voor haplotypen in blokken

3 tot en met 6 en het risico op MI/AP. We veronderstellen dat deze studie

nieuwe inzichten geeft in de relatie tussen spiegels van circulerend totaal en

bioactief IGF-I en humane genetica. Verder zouden spiegels van bioactief

IGF-I minder onder invloed van genetische variatie kunnen staan dan spiegels

van circulerend totaal IGF-I.

In het algemeen vinden wij dat met behulp van de IGF-I KIRA methode,

ter bepaling van de IGF-I bioactiviteit, wij in staat zijn geweest om aan te

tonen dat deze techniek informatie over het IGF systeem kan verschaffen die

verschilt van die verkregen met immunoassays. Dit maakt de IGF-I KIRA een

interessante techniek die in de toekomst kan worden toegepast naast (en niet

in plaats van) immunoassays om de functie van het IGF systeem bij gezondheid

en ziekte verder te ontrafelen.