Μοριακή και γενετική ανάλυση των ανοσοπαθολογικών μηχανισμών χρόνιων φλεγμονωδών παθήσεων

Abstract

Inflammatory diseases are polygenic, widespread and life duration diseases, that lead to increased sickliness and influence more than the 20% of population of Europe. The last decade important progress in the comprehension of mechanisms of pathogenicity has been achieved but the precise concatenation and their interaction remains poorly understood. Via the rapid growth of functional genomics technologies, the correlation of phenotypic differences with by any chance changes in the expression of genome, allows the entanglement of concrete genes and/or cellular pathways in the event of particular phenotype. Objective is the localization of genes and paths of transfer of messages with sovereign role in the induction, the development and the severity of inflammatory diseases. With the systematic analysis of differential gene expression of two characteristic inflammatory diseases: the Rheumatoid Arthritis (RA) and the Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), we found differential expressed genes that contribute to disease pathogenesis. Those two phenotypically different diseases share a common cellular objective, the fibroblast. Rheumatoid Arthritis (RA) is a chronic devastating disease, which characterized by extended inflammation of joints that leads to the total destruction of bones and joints. Decisive role in the growth and event of the disease plays the fibroblast of synovial membrane. In the RA and under the pressure of inflammatory environment, the fibroblasts of synovial membrane are activated, with result the dramatic change of their gene expression. For the study of RA two differently animal experimental models were used, the hTNF and mTNFΔARE knock in. The differential gene expression of RA was analyzed with hybridization of oligonucleotide microarrays and subtractive DNA libraries in a twin highthrouput analysis. The data from each method processed with suitable analysis tools and the final lists were compared in order to create a common list of highly significant differentially expressed genes. The gene ontology (GO) analysis in the list of these statistically significant genes indicated the actin cytoskeleton as an important factor of pathogenesis of the disease, recomposition of which in the synovial fibroblasts is proposed as a new decisive pathophysiological factor of experimental RA. Also in the present work the significant role of the GSN gene in RA was revealed. Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) is a chronic, progressive and usually mortal lung disease, of unknown etiology. Clinically, IPF is characterized by progressive, exertional dyspnea and nonproductive cough, worsening of pulmonary function and radiographically evident interstitial infiltrates (honeycombing). Histologically, IPF is associated with the appearance of Usual Interstitial Pneumonitis (UIP), which is characterized by patchy subpleural and/or paraseptal interstitial fibrosis alternating with areas of mild inflammation and normal lung. The hallmark of IPF/UIP is the distinctive presence of fibroblastic foci and exuberant Extracellular Matrix (ECM) deposition, leading to thickening of alveolar septa and the collapse of normal lung architecture. Patients that develop the fibrosis are usually individuals of medium age and independent sex. A 3% of cases it is presented in families with a background in the disease, thus declaring a genetic inclination...

Οι φλεγμονώδεις παθήσεις είναι πολυγονιδιακές, ευρύτατα διαδεδομένες και δια βίου διάρκειας παθήσεις, που οδηγούν σε αυξημένη νοσηρότητα και επηρεάζουν περισσότερο από το 20% του πληθυσμού της Ευρώπης. Την τελευταία δεκαετία έχει επιτευχθεί σημαντική πρόοδος στην κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την παθογένεια τους, αλλά η ακριβής αλληλουχία και αλληλεπίδραση τους παραμένει εν πολλοίς άγνωστη. Μέσω της ραγδαίας ανάπτυξης των τεχνολογιών της λειτουργικής γονιδιωματικής, η συσχέτιση φαινοτυπικών διαφορών με τυχόν αλλαγές στην έκφραση του γονιδιώματος, επιτρέπει την εμπλοκή συγκεκριμένων γονιδίων ή/και κυτταρικών μονοπατιών στην εκδήλωση του συγκεκριμένου φαινοτύπου. Στόχος είναι ο εντοπισμός γονιδίων και μονοπατιών μεταβίβασης μηνυμάτων με κυρίαρχο ρόλο στην επαγωγή, στην εξέλιξη και στη βαρύτητα των φλεγμονωδών ασθενειών. Με τη συστηματική ανάλυση της διαφορικής γονιδιακής έκφρασης δύο χαρακτηριστικών φλεγμονωδών ασθενειών: της Ρευματοειδής Αρθρίτιδας (RA, Rheumatoid Arthritis) και της Ιδιοπαθούς Πνευμονικής Ίνωσης (IPF, Idiopathic Pulmonary Fibrosis, Usual interstitial pneumonia) βρέθηκαν γονίδια διαφορικά εκφρασμένα που ίσως εμπλέκονται στην παθογένεια της νόσου. Η δύο αυτές φαινοτυπικά διαφορετικές ασθένειες μοιράζονται ένα κοινό κυτταρικό στόχο, τον ινοβλάστη. Η Ρευματοειδής Αρθρίτιδα (ΡΑ) είναι μια χρόνια καταστροφική ασθένεια, που χαρακτηρίζεται από παρατεταμένη φλεγμονή των αρθρώσεων που οδηγεί στην ολική καταστροφή οστών και αρθρώσεων. Καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη και εκδήλωση της νόσου διαδραματίζει ο ινοβλάστης αρθρικού υμένα. Στην ΡΑ και κάτω από την πίεση του φλεγμονώδους περιβάλλοντος, οι ινοβλάστες του αρθρικού υμένα ενεργοποιούνται, με αποτέλεσμα την δραματική αλλαγή της γονιδιακής τους έκφρασης. Για την μελέτη της Ρευματοειδής Αρθρίτιδας χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά ζωικά πειραματικά πρότυπα, ο hTNF διαγονιδιακός και mTNFΔARE knock in ποντικός. Η διαφορική γονιδιακή έκφραση της ΡΑ αναλύθηκε με υβριδοποίηση ολιγονουκλεοτιδικών μικροσυστοιχιών και αφαιρετικών cDNA βιβλιοθηκών σε μία δίδυμη μεγάλου μεγέθους ανάλυση. Τα δεδομένα από κάθε μέθοδο επεξεργάστηκαν με κατάλληλα υπολογιστικά εργαλεία και οι τελικές λίστες συγκρίθηκαν για να δημιουργήσουν μια κοινή λίστα υψηλά σημαντικών διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων. Η ανάλυση γονιδιακής οντολογίας στην λίστα των στατιστικά σημαντικών αυτών γονιδίων υπέδειξε εκτός των άλλων τον κυτταροσκελετό της ακτίνης ως ένα σημαντικό παράγοντα παθογένειας της νόσου, αναδιάταξη του οποίου στους αρθρικούς ινοβλάστες προτείνεται ως ένας νέος καθοριστικός παθοφυσιολογικός παράγοντας της πειραματικής ρευματοειδούς αρθρίτιδας. Επίσης στην παρούσα εργασία φανερώθηκε και ένας πρώιμος ρόλος του γονιδίου της GSN στην παθογένεια της ασθένειας. Η Ιδιοπαθής Πνευμονική Ίνωση (ΙΠΙ) είναι μια χρόνια, σταδιακή και συνήθως θανάσιμη πνευμονική πάθηση, αγνώστου αιτιολογίας.. Κλινικά χαρακτηρίζεται από δύσπνοια και μη παραγωγικό βήχα, ελαττωμένες πνευμονικές λειτουργίες και ραδιογραφικά προφανή διάχυτη διήθηση. Ιστολογικά χαρακτηρίζεται από διαφόρου βαθμού φλεγμονής ή/και ίνωσης, υπερπολλαπλασιασμό των διάμεσων ινοβλαστών/μυοινοβλαστών - οργανωμένων σε χαρακτηριστικά foci, υπερέκκριση συστατικών της εξωκυττάριας μήτρας (Extracellular matrix, ECM), απόπτωση των επιθηλιακών κυττάρων και απώλεια της φυσιολογικής αρχιτεκτονικής του πνεύμονα με κατάρρευση των αεροφόρων χώρων. Ασθενείς που αναπτύσσουν την ίνωση είναι συνήθως άτομα μέσης ηλικίας ανεξαρτήτου φύλου...