Ο ρόλος της αιμίνης στη μεταγραφική ρύθμιση της έκφρασης γονιδίων στα ερυθρολευχαιμικά κύτταρα

Abstract

Heme (iron-protoporphyrin-IX) is one of the basic natural compounds in aerobic organisms involved in vital cellular processes. In particular, it serves as a prosthetic group in a large number of proteins, called hemoproteins, which are involved in crucial biochemical reactions and thus carry out important cellular functions. Moreover, hemin (the oxidized form of heme) induces erythroid differentiation in hematopoietic progenitor cells by acting at various cellular levels as a pleiotropic agent. The central objectives of the present Ph.D. Dissertation have been: (a) the elucidation of molecular mechanism(s) via which hemin induces selectively the biosynthesis of fetal hemoglobin [HbF (α2γ2)] in human K-562 CML (Ph+) cells. Emphasis was given in understanding the mode of action of hemin on the formation of transcriptional complexes (activate or repressive) acting on human Gγ-globin promoter. Our results obtained have indicated that hemin: (a) induces the erythroid differentiation of K-562 cells by modulating the expression of various globin and non-globin genes; (b) protects K-562 cells against apoptosis promoted by various cytotoxic agents (adriamycin, aclarubicin, imatinib, nilotinib and etoposide); (c) sustains the viability of normal and/or malignant cells, stressed under apoptotic conditions; (d) modulates the expression of key genes involved in the survival, proliferation, differentiation and/or respiration capacity of K-562 cells. More importantly, hemin affects gene expression profile of nuclear transcriptional factors (Gata-1, Oct-1 and Bcl-11a) and affects the integrity of their complexes formed on human Gγ-globin promoter. Overall, these data demonstrate the capacity of hemin to effectively modulate the expression of Gγ-globin gene. These results may have potential therapeutic implications for sickle cell disease and/or βο-thalassemia in adults.

Η αίμη (σιδηρο-πρωτοπορφυρίνη-ΙΧ) είναι ένα εκ των βασικότερων μορίων των αερόβιων οργανισμών, απαραίτητο για τις ζωτικής σημασίας οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε όλα τα κύτταρα. Συγκεκριμένα, αποτελεί προσθετική ομάδα ενός μεγάλου αριθμού πρωτεϊνών, των αιμοπρωτεϊνών, μέσω των οποίων συμμετέχει άμεσα ή έμμεσα σε ζωτικές κυτταρικές λειτουργίες. Παράλληλα, η αιμίνη (οξειδωμένη μορφή της αίμης) ασκεί πλειοτροπική δράση σε κυτταρικό επίπεδο και ιδιαίτερα, έχει χαρακτηριστεί ως κύριος επαγωγέας της διαφοροποίησης των πρόδρομων αιμοποιητικών κυττάρων. Σε αυτά τα πλαίσια, στόχοι της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αποτέλεσαν: (α) ο έλεγχος των κυτταρικών λειτουργιών που επηρεάζονται από την αιμίνη, (β) η ανάλυση των μοριακών μηχανισμών μέσω των οποίων η αιμίνη δρα ως επαγωγέας της βιοσύνθεσης της εμβρυϊκής αιμοσφαιρίνης [HbF (α2γ2)], καθώς και (γ) η μελέτη σε μοριακό επίπεδο της εκλεκτικής δράσης της αιμίνης επί των μεταγραφικών συμπλόκων (ενεργοποιητών ή καταστολέων) που αφορούν στον προαγωγέα του γονιδίου της Gγ-σφαιρίνης. Το τελευταίο αυτό στοιχείο τυγχάνει ιδιαίτερης φαρμακολογικής σημασίας, με δεδομένη τη θεραπευτική προσέγγιση της βο-θαλασσαιμίας, μέσω υπερέκφρασης της HbF σε ενήλικα άτομα. Το σύνολο των πειραματικών δεδομένων αποδεικνύουν ότι η αιμίνη: (α) επάγει τη διαφοροποίηση των ανθρώπινων Κ-562 ερυθρολευχαιμικών (Ph+) κυττάρων ενεργοποιώντας ή καταστέλλοντας την έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων• (β) προστατεύει τα Κ-562 κύτταρα από την αποπτωτική δράση κυτταροτοξικών φαρμάκων (αδριαμυκίνης, ακλαρουβικίνης, ιματινίβης, νιλοτινίβης και ετοποσίδης)• (γ) επάγει την επιβίωση φυσιολογικών ή/και κακοηθών κυττάρων υπό συνθήκες πρόκλησης απόπτωσης• (δ) τροποποιεί τα επίπεδα έκφρασης χαρακτηριστικών γονιδίων που σχετίζονται με την επιβίωση, τον πολλαπλασιασμό, τη διαφοροποίηση και την αναπνευστική λειτουργία των Κ-562 κυττάρων• και τέλος (ε) μεταβάλλει τα επίπεδα έκφρασης, καθώς και την ικανότητα δέσμευσης των κυριότερων πυρηνικών μεταγραφικών παραγόντων (Gata-1, Oct-1 και Bcl-11a) που δρουν μέσω μεταγραφικών συμπλόκων επαγωγής ή/και καταστολής επί του προαγωγέα του γονιδίου της Gγ-σφαιρίνης. Η φαρμακολογική αξιολόγηση και πιθανή θεραπευτική αξιοποίηση των ανωτέρω δεδομένων αποτελεί τμήμα της συνολικής προσπάθειας της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής.