Thomas Brännström Universitetslektor, överläkare Inst. för medicinsk biovetenskap Enheten för patologi

Transkript

1 Kan man ärva ALS? Thomas Brännström Universitetslektor, överläkare Inst. för medicinsk biovetenskap Enheten för patologi Jag ska försöka besvara ytterligare några frågor än rubrikens. Jag börjar med att berätta om sjukdomen ALS, sedan går jag in på ärftligheten och vad vi idag vet om sjukdomens orsaker. Den här sjukdomen har en livstidsrisk på 1:800 för män och 1:1 200 för kvinnor. Vad innebär det i praktiken? Ja, att de allra Figur 1. ALS är en i hög grad dödlig sjukdom. Kurvan visar över tid hur stor andel av de drabbade som är i livet; hälften har avlidit efter lite mer än två år. 63

2 flesta av er här i lokalen kommer inte att ha någon anhörig med sjukdomen, men ni kommer att ha en anhörig som har en anhörig som har sjukdomen. Den uppmärksamhet som följt av att ett antal kända personer haft sjukdomen har fört med sig att ALS har blivit något av ett begrepp och därför uppmärksammats mer och mer. Det innebär också att incidensen, alltså det antal nya fall vi ser per år, har stigit och ligger nu på cirka 2 per invånare. Det betyder alltså i genomsnitt två nya fall här i Umeå kommun varje år. Det är hälften så många fall som vi har av MS och en femtedel av antalet med Parkinsons sjukdom. Totalt finns 6 8 personer i en befolkning av Umeås storlek som har ALS och räknar man på de siffrorna, 2 som får den per år och 6 8 som har den, får man fram att överlevnadstiden vid den här sjukdomen är ungefär 3-4 år. Det här skiljer ALS i ganska hög utsträckning från de sjukdomar som vi har hört om tidigare. ALS är en sjukdom som man dör ganska snart i och det är faktiskt lite värre än så. Hälften av patienterna har faktiskt avlidit inom 26 månader från det att man har fått diagnosen, se Figur 1. Något mindre än tio procent av dem får ALS lever mer än tio år med sin sjukdom. I Sverige dör fler i ALS än i MS, AIDS och Creutzfeldts-Jacobs sjukdom sammantaget, enligt siffror från Förkortningen ALS står för amyotrofisk lateralskleros, där amyotrofi betyder inga muskler. Som Lena Gunhaga och andra har berättat finns det celler i ryggmärgen som skickar utskott till kroppens muskler för att kunna vidarebefordra ordern om att muskeln ska dra ihop sig. De här cellerna är en av de celltyper som skadas vid amyotrofisk lateralskleros, se Figur 2. När de dör kan man inte skicka ut signalerna och får då en oförmåga att beordra musklerna att dra ihop sig. Det uppstår en förlamning. Dessutom är musk- Figur 2. Schematisk bild av kopplingen från ryggmärgen ut till musklerna. 64

3 lerna beroende av stimuleringen från nervcellerna för att kunna vidmakthålla sin storlek. Det är alltså inte bara det att funktionen upphör, musklerna kommer också att tillbakabildas och krympa. Men det är fler celler som dör, inte bara de som går från ryggmärgen ut till musklerna utan också de celler, som bl.a. Roland har talat om tidigare, uppe i storhjärnans bark som beordrar motornervcellerna i hjärnstammen eller ryggmärgen att dra ihop sig. De styr både ryggmärgens och hjärnstammens funktion. De kallas övre motorneuron och dör också vid ALS. Det är därifrån begreppet lateralskleros kommer, skleros är en förhårdning eller ärrbildning i ryggmärgens lateraldel. Lateral betyder sida och står för det som ligger längst ut i ryggmärgen på figur 2, den så kallade pyramidbanan. De övre motorneuronen har till uppgift att få dem på ryggmärgsnivå att ta det lite lugnt. Tar man bort de impulserna kommer aktiviteten i ryggmärgens kvarvarande motorneuron att öka. Då uppstår en spasm, en kramp, i muskulaturen och musklerna blir stelare än normalt. Det är kombinationen av de här faktorerna som ger diagnosen amyotrofisk lateralskleros. Oftast kommer försvagningssymtomen tidigt, men när sjukdomen är fullt utvecklad har minst 80 procent av patienterna symtom både från de övre motorneuronen i hjärnan och från motorneuronen i ryggmärgen och hjärnstammen. Det kan se ut som i Figur 3. Om de motorneuron i hjärnstammen som förser tungan med nerver har skadats ser man hur tungan är blir förtvinad Figur 3. Några symtom på ALS. Lägg märke till muskelförtviningen av tungan uppe t.h. och av mannens händer på gruppbilden. 65

4 (atrofisk) på det här viset. Det här är inte det vanliga, bara en mindre del av patienterna debuterar med skador i munnens muskulatur. Det vanligaste är istället att ALS-debuten sker långt ut i extremiteterna, i händerna och fötterna. Oftast börjar det i en fot eller en arm för att sprida sig till det andra benet eller armen och sedan gå vidare uppåt. Patienten dör i sjukdomen när förlamningen börjar påverka andningsmuskulaturen. Bilden till vänster i Figur 3 är intressant eftersom den är hämtad från det skede när vi började leta patienter med den här sjukdomen och hittade ett antal släkter här i Västerbottens län. Gruppbilden är från slutet av 1800-talet och visar en man som är anfader till en stor släkt med ALS. Vi kan se hur benen tydligt framträder på handen och att musklerna i handen är svårt atrofierade. Cirka 10 procent av alla ALS-patienter har sjukdomen i ärftlig form medan den hos 90 procent inte är uppenbart ärftlig. Som ni märker är det samma tal som angavs vid Parkinsons sjukdom och dessutom samma som gäller för Alzheimers sjukdom. Sjukdomarna har många gemensamma nämnare, inklusive ärftligheten. Just det faktum att det finns en ärftlig komponent ger oss forskare helt andra möjligheter att leta efter orsakerna till sjukdomen. En viktig upptäckt Det mest citerade vetenskapliga arbetet alla kategorier 1993 handlade om ALS. Där berättades att man hade hittat mutationer i ett enzym som ger upphov till den familjära (ärftliga) formen av ALS. Författarlistan som är väldigt lång och längst ner hittar man Robert Horvitz, som var föregångsman inom Lena Gunhagas område utvecklingsbiologi och som fick Nobelpriset Han hade en nära släkting som fick sjukdomen och undrade då varför ingen hade tagit reda på vad den beror på, vilket var helt okänt då. Horvitz såg därför till att andra forskare vid Harvard började leta reda på fall med den ärftliga formen av ALS och på samma sätt som han studerade sina nejonögon på jakt efter muterade gener fann han koppar-zink-superoxiddismutas, numera förkortat SOD1. Det är ett enzym som skyddar oss mot fria syreradikaler. Fria syreradikaler bildas naturligt i luften som vi andas och följer med på köpet när vi andas det syre vi behöver. Radikalerna kan reagera med kemiska föreningar, exempelvis DNA i vår arvsmassa, och störa dem vilket är farligt. Vi behöver alltså skyddssystem. 66

5 SOD1 är ett av kroppens vanligaste proteiner och finns i alla celler: I cellsaften, i cellkärnan och i cellens energifabriker i stora mängder. Varför kommer då SOD1 att skada just nervsystemet och då väldigt avgränsat till de områden av nervsystemet som har med motorisk funktion att göra? Först trodde vi att nivåerna av enzymet kunde vara högre i nervsystemet. Det visade sig inte alls vara på det sättet. Tvärtom har ryggmärgen och hjärnan måttliga nivåer av SOD1, nivåerna är mycket högre i levern och njuren. Det kan alltså inte vara mängden superoxiddismutas som orsakar ALS. För att studera det här hade man här i Västerbotten, vid neurologkliniken där Peter Andersen arbetar, tittat på ALS-sjukdomen i ett epidemiologiskt perspektiv. Man visste ganska väl hur många patienter vi hade här uppe. Det visade sig snart att en av de högsta ALS-incidenserna i världen finns här i Västerbotten och norra Sverige. Därför började vi ganska snabbt leta mutationer också på de patienter som bodde här uppe. Till dags dato är faktiskt inte mindre än 140 olika mutationer i detta enda enzym kända och var och en av dem ger en form av ärftlig ALS. 38 av mutationerna har vi kunnat hitta här i Umeå och vad gäller 20 var vi först i världen med att påträffa just den mutationen. Blodprovstagningar på befolkningen i norra Sverige har verkligen gett mycket kunskap om vilka mutationer som kan ge upphov till ALS. När vi sedan började plotta ut våra resultat på kartor såg vi att en ganska stor ansamling av olika mutationer i Tornedalen och även i Finland. Där hittade vi också en mutation som vi kallade D90A. Man har ju två kopior av varje kromosom, en från mamma och en från pappa, och man kan ha mutation i den ena eller i båda. Vid D90-mutation visar det sig att enbart de som har mutationer i båda kromosomerna blir sjuka. Det är alltså fråga om en så kallad recessiv sjukdom, där man får ett sjukt anlag från både mamman och pappan. Det här är unikt, D90A är den enda recessiva av alla 140 ALS-mutationer, och just den mutationen är förklaringen till varför vi har så många ALS-patienter i Finland och norra Sverige. Här finns anlagsbärare med mutationen i en uppsättning. Vi har också tagit kontakt med forskare över hela världen och bett om blodprover för att leta D90A-mutationen och ett begrepp om hur många som har den. Vi kan då se att de patienter med den här mutationen som vi hittat i Europa får sjukdomen med dominant nedärvning. Det betyder att någonting har hänt någonstans. Sammanställer vi allt material och tittar på andra 67

6 gener i närheten kan man räkna sig bakåt i tiden och rent matematiskt se när mutationen uppstod. Eftersom den ger en sjukdom som börjar i medelåldern (normalt är patienten mellan 50 och 60 år när sjukdomen visar sig), har man redan fått sina barn vilket betyder att ALS inte påverkar barnafödandet och generationsbildningen. Vi har kunnat se att D90A-mutationen som sådan är urgammal. Den uppstod för många hundra generationer sedan någonstans i Mellanasien. Där finns ursprunget till alla de patienter i hela världen som har den dominanta formen. Men för 63 generationer sedan, alltså någon gång under tidig folkvandringstid, ungefär e.kr., inträffade en förändring i närheten av styrningen av den här genen och då får vi de homozygota patienterna som genetiskt sett ligger närmare varandra och ger en recessiv nedärvning. När det gäller alla sådana personer ute i Europa och på andra ställen vet vi att deras förfäder har flyttat härifrån någon gång kring vikingatiden. Det här är ett sätt att följa folkomflyttningarna, migrationen, som allt mera används också i andra vetenskapsgrenar. Mutationen D90A var faktiskt känd och hade använts som en markör för att följa flyttningsmönster mellan befolkningar långt innan man visste om att den gav upphov till ALS. På grund av att den är recessiv hade forskarna missat att det är en ALS-gen. Hur skadar sod1 motornervcellerna? Men även om vi bortser från ärftligheten, sjukdomen natur och hur den uppstod har vi viktiga frågor kvar att besvara. På vilket sätt orsakar det muterade superoxid-dismutaset skador på motorneuronen och hur kan det komma sig att SOD i hjärna och ryggmärg ger skador bara där och varför inte i resten av kroppen? När vi började med det här skaffade vi oss verktyg. Det handlar om antikroppar, de som Peter talade om när det gäller immunsystemet. Man kan man anpassa dem för att specifikt känna igen vissa äggviteämnen, proteiner. Sedan kan vi använda dem i laboratoriet på tunna snitt av vävnad från ryggmärgen för att avgöra om ett protein finns just där. På det sättet fann vi att i fall med en specifik mutation som vi kallade G127X hos en släkt från Danmark med en ALS-form som utvecklar sig väldigt hastigt och har ett stormande förlopp fanns stora mängder SOD i motorneuronen som gav upphov till sjukdomen. 68

7 Det som var specifikt här var att den antikropp som vi kunde göra mot just det här proteinet var specifik för endast den muterade superoxid-dismutaset. Därmed visste vi att det var klumpar av muterat SOD och kunde då jämföra med de klumpar som tidigare har beskrivits vid Alzheimers sjukdom. Problemet för oss var att vi bara kan titta på det här i slutstadiet när ALSpatienten har dött. Ryggmärgen är ett organ med ungefär ett fingers tjocklek. Går man in och tar biopsier där är det inte som att lämna ett blodprov, som vi kan göra många gånger utan att bli sjuka. Skulle vi ta ett prov från ryggmärgen blir patienten förlamad. Därför måste vi vänta tills patienten har avlidit av sin sjukdom för att kunna ta ett ryggmärgsprov och då ser vi bara slutstadiet. Vi vet inte vad som har hänt tidigare. Det är bakgrunden till att vi gav oss i kast med att göra en försöksdjursmodell för två av de mutationer som vi här i Umeå hade hittat först av alla, G127X och D90A. Då tillverkar man så kallade transgena möss, vilket betyder att man kan sätta in den skadade genen som man har plockat ut från en människa i en musstam för att se om mössen utvecklar sjukdomen. En mus som har mutationen D90A går ganska bredbent och kissar på vägen efter sig. Den här gångsvagheten har människan också och just patienter med D90A har problem med att de är inkontinenta tidigt i sjukdomsförloppet. En normal mus däremot visar inte alls samma sjukdomstecken, men när vi satte in D90A och G127X i de här mössen utvecklade de sjukdomen. Finessen med det här låg i att mössen kan avlivas långt innan de har utvecklat symtom och då kan vi med våra mikroskopimetoder se om de har utvecklat några tecken på att sjukdomen är på väg. Då visade det sig att det bildas klumpar, aggregat, i vävnaden. Figur 4 visar histologiska snitt av rygg- Figur 4. Mikroskopiska bilder av hopklumpad amyloid hos en mus med ALS. Hopklumpningarna ökar med tiden och i slutstadiet blir snitten likadana ut som hos människa med ALS. 69

8 märgen från mössen i olika ålder. När de är 250 dagar gamla ser det likadant ut som hos en människa med ALS i slutstadiet, men redan vid några veckors ålder finns det tecken på att aggregat har bildats i ryggmärgen. De uppstår alltså tidigt. Man kan beräkna hur många nervceller som behöver förstöras för att det ska ge symtom. Vi har en viss överkapacitet av motorneuron, så innan man får symtom måste ungefär hälften av muskelkraften ha försvunnit. För att en undersökande läkare ska kunna känna det eller att man själv ska uppfatta det mer påtagligt om man inte har ett yrke som gör att man behöver väldigt mycket muskelkraft måste ungefär 75 procent av motorneuronen ha dött. Det är alltså samma problem som Ingrid berättade om tidigare: Vi har kommit väldigt långt i skador på cellerna som orsakar sjukdomen innan vi får några symtom av den. Vi upptäcker processen när den liksom redan är på upphällningen. Det stämmer ju också med iakttagelsen att sjukdomsprocessen börjar långt tidigare och att aggregaten ökar i antal med tiden. Vi kunde kemiskt undersöka de här aggregaten mycket noggrant och jämföra möss med flera olika typer av muterat protein. Vi såg då att totalmängden SOD1-protein skilde väldigt mycket mellan de olika musstammarna, men vi kunde också identifiera en liten del som var relativt konstant. Det var det superoxid-dismutas som var felveckat och som alltså inte var normalt. Av detta har vi dragit slutsatsen att små mängder felveckat SOD är den gemensamma nämnaren och att det orsakar ALS. Vi kan också se att de här felveckade olösliga aggregaten ansamlas snabbt i slutstadiet av sjukdomen. Figur 5 visar proteinaggregat från människa. Det är av väldigt stort värde för oss forskare att vi har fått tillgång till obduktionsmaterial från patienter med flera olika typer av mutationer och vi kan se att de stora aggregaten skiljer sig lite åt beroende på vilken typ av mutation det gäller. Alla mutationer ger hopklumpningar, och stora ansamlingar av det här proteinet är en annan gemensam nämnare i slutstadiet av sjukdomen. Nästa fråga väcktes av det faktum att bara 6 procent av alla ALS-fall har mutationer i superoxid-dismutas. Då undrar man förstås vad som ligger bakom de övriga 94 procenten. Det finns paralleller när det gäller andra sjukdomar, från Alzheimers sjukdom och från Parkinsons sjukdom. Mutationer i amyloidproteinet orsakar ärftlig Alzheimer, men vid de sporadiska fallen av 70

9 Figur 5. Histologiska snitt från människa som visar utfällningar av SOD1. De är ett kännetecken för ärftlig ALS orsakad av flera olika mutationer (A4V, G72C, D90A, G127X) i SOD1-genen. Alzheimer-sjukdom, alltså de icke-ärftliga 90 procenten, förekommer också amyloidinlagring. Vid Parkinsons sjukdom ger mutationer i alfa-synuklein, och några andra proteiner som är kopplade till detta ämne, den ärtliga formen. Men alfa-synuklein är ansamlat i alla former av sjukdomen. Kan det vara på samma sätt vid ALS, dvs. att SOD, även om det inte är muterat, ansamlas också vid den sporadiska formen? Med de här fina antikropparna som vi kunnat utveckla och som var specifika mot det felveckade SOD fann vi felveckat SOD i motorneuron hos alla av nära 40 ALS-fall, men inte hos personer både med och utan andra degenerativa nervsjukdomar. Av det har vi dragit slutsatsen att SOD1 sannolikt är med i sjukdomsprocessen vid all form av ALS. Vi vet också att superoxid-dismutas normalt sett består av två delar, subenheter. SOD delar ibland av normala skäl upp sig i sina respektive subenheter för att sedan normalt sett slås ihop igen. En del av de muterade formerna kommer att dela sig i ökad utsträckning. Då vecklar de ut sig och blir lättare felveckade och därmed klibbiga. Den här klibbigheten gör att de kan slås ihop på felaktiga sätt. Per Zetterström, som sitter någonstans här i publiken, har tagit reda på att de kan slå ihop sig antingen tre och tre eller ibland nio och 71

10 nio för att bilda små lösliga aggregat. Vi tror att något av de klibbiga felveckade eller de små lösliga aggregaten är det som är farligt för cellen. De kommer sannolikt att slås ihop med något som är viktigt för cellen och på så sätt förstöra den. Det är där vi står idag i vår forskning. Vi försöker ta reda på vad de här klibbiga proteinen interagerar med. Forskning är ju ett teamarbete och här i Umeå har vi ett väldigt stort team som jobbar med ALS. Allt från folk som jobbar på den naturvetenskapliga fakulteten med de basala formerna av veckning av SOD till de kliniker som behandlar patienter. Det är vår styrka här i Umeå. Sverker Olofsson: Jag vill fortsätta på samma tema med dig som med Peter. Du ser inte heller någon lösning på ALS-problemen och något sätt att bota sjukdomen i dagens läge? Thomas Brännström: Nej, jag tror att det ligger ganska långt borta för ALS och även för Alzheimer, som är ganska likartade sjukdomar i det perspektivet. Vi har att göra med en ganska avancerad sjukdomsprocess när vi upptäcker den och vad vi måste försöka är att förhindra att den utvecklas ytterligare. Läkning är något som ligger väldigt långt borta. Sverker Olofsson: Så här handlar det, ungefär som Peter sade, om att bromsa och hålla sjukdomsbilden kvar där den är? Thomas Brännström: Ja. 72