Μελέτη της έκφρασης των γλυκοζαμινογλυκανών και πρωτεογλυκανών σε παθήσεις του θυρεοειδούς αδένα

Abstract

Glycosaminoglycans are linear acidic polysaccharides, comprising hyaluronic acid, dermatan sulfate, chondroitin sulfate, keratan sulfate, heparan sulfate and heparin, which differ in their specific composition. These molecules are encountered in the extracellular matrix and play a major role in the development of tissues’ physiological properties. With the exception of hyaluronic acid, glycosaminoglycans are covalently linked to core proteins to form proteoglycans. Glycosaminoglycans and proteoglycans are involved in important biological events, such as cellular proliferation, adhesion, migration and differentiation. Recently, it has been demonstrated that these molecules participate in neoplastic development and spread. Furthermore, it has been suggested that they may have a role in non-neoplastic, hyperplastic and space occupying lesions. In the field of thyroid diseases, researchers have shown that glycosaminoglycans and proteoglycans may be involved in the pathogenesis not only of neoplastic, but also of hyperplastic and autoimmune lesions. However, there are only a few controlled studies of thyroid expression of each of these molecules in different thyroid pathologies and their results are sometimes discordant. On the other hand, thyroid nodules and goitre are common medical problems and their differential diagnosis may be complicated, leading doctors to dilemmas. Thus, there is a need to establish new diagnostic and prognostic biomarkers, in order to facilitate medical decision making in these cases. Moreover, new therapeutic targets and applications are required in order to treat some patients with thyroid cancer, who do not respond to existing therapies. In this context, the objective of our study was to investigate the differential expression of glycosaminoglycans and proteoglycans in thyroid diseases, as well as the potential diagnostic value of these molecules and their utility in therapeutic applications in different thyroid pathologies. For this purpose, we used tissue specimens dissected from thyroid glands of patients who underwent thyroidectomy for nodular goitre (n=42), thyroiditis Hashimoto (n=l 1), follicular adenoma (n=7) and papillary carcinoma (n=9). Total glycosaminoglycans were isolated from homogenized tissue specimens and they were characterized using glycosaminoglycans-degrading enzymes. In addition, a part of each specimen was elaborated for the extraction of total RNA and the expression of proteoglycans and enzymes metabolizing hyaluronic acid was tested by RT-PCR analysis. We found a statistically significant increase of dermatan sulfate and heparan sulfate in nodular goitre, which was not observed in the other thyroid pathologies examined in our study. As a consequence, this finding could be useful for the differential diagnosis between benign and malignant thyroid nodules. Our results also showed a statistically significant increase of hyaluronic acid in papillary carcinoma, follicular adenoma and thyroiditis Hashimoto, which was associated with: a) increased expression of HAS-2 and HAS-3 in all three diseases; b) decreased expression of both HYAL-1 and HYAL-3 in papillary carcinoma and follicular adenoma and c) decreased expression of HYAL-3 in thyroiditis Hashimoto. Moreover, RT-PCR analysis demonstrated a statistically significant decrease of the expression of syndecan-1 in papillary carcinoma and follicular adenoma and a statistically significant increase of the expression of versican VI in all the thyroid diseases examined in our study. Potentially, these results could be exploited for therapeutic purposes. The above findings indicate that glycosaminoglycans and proteoglycans show distinct features in thyroid diseases which may be helpful in understanding the complex behavior of these diseases, thus eventually leading to novel prognostic, diagnostic and therapeutic strategies.

Οι γλυκοζαμινογλυκάνες είναι όξινοι γραμμικοί πολυσακχαρίτες, συστατικά της εξωκυττάριας ουσίας, με σημαντική συνεισφορά στη διαμόρφωση των φυσιολογικών ιδιοτήτων των ιστών. Ανάλογα με τη χημική τους δομή διακρίνονται σε υαλουρονικό οξύ, θειική δερματάνη, θειική χονδροϊτίνη, θειική κερατάνη, θειική ηπαράνη και ηπαρίνη. Τα μόρια αυτά, εκτός του υαλουρονικού οξέος που μπορεί να βρίσκεται ελεύθερο, απαντούν ομοιοπολικά συνδεδεμένα με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τις πρωτεογλυκάνες. Οι γλυκοζαμινογλυκάνες και οι πρωτεογλυκάνες διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε βιολογικές διεργασίες, όπως ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός, η κυτταρική συγκόλληση, η κυτταρική μετανάστευση και η κυτταρική διαφοροποίηση. Τα τελευταία χρόνια έχει τεκμηριωθεί ο ρόλος που διαδραματίζουν τα μόρια αυτά στις διαδικασίες ανάπτυξης και εξάπλωσης διαφόρων νεοπλασιών, ενώ υπάρχουν επίσης στοιχεία υπέρ της συμμετοχής τους σε μη νεοπλασματικές, υπερπλαστικές και χωροκατακτητικές αλλοιώσεις. Σε ό,τι αφορά το θυρεοειδικό ιστό, αρκετά στοιχεία υποδηλώνουν τη συμμετοχή των μορίων αυτών στην παθογένεση υπερπλαστικών, αυτοάνοσων και νεοπλασματικών βλαβών, αλλά οι ελεγχόμενες μελέτες της θυρεοειδικής έκφρασης μεμονωμένων γλυκοζαμινογλυκανών και πρωτεογλυκανών σε κάθε θυρεοειδική πάθηση είναι ολιγάριθμες και τα ερευνητικά ευρήματα ενίοτε είναι αντιφατικά. Παράλληλα, η οζώδης θυρεοειδική νόσος και η βρογχοκήλη αποτελούν συχνές παθολογικές οντότητες, που συνδέονται σε αρκετές περιπτώσεις με δυσεπίλυτα διαφοροδιαγνωστικά προβλήματα και δυσχέρεια λήψης ιατρικών αποφάσεων, καθιστώντας εμφανή την ανάγκη για νέους διαγνωστικούς και προγνωστικούς δείκτες. Επιπλέον, παρά την καλή πορεία και έκβαση των περισσότερων ασθενών με θυρεοειδικό καρκίνο, κάποιοι δεν ανταποκρίνονται στις υπάρχουσες θεραπείες, με αποτέλεσμα την ανάγκη για νέες θεραπευτικές εφαρμογές. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία σχεδιάστηκε με στόχο τη μελέτη της διαφορικής έκφρασης των γλυκοζαμινογλυκανών και των πρωτεογλυκανών σε παθήσεις του θυρεοειδούς αδένα και τη διερεύνηση της πιθανής διαγνωστικής και θεραπευτικής αξίας των μορίων αυτών στις θυρεοειδοπάθειες. Για το σκοπό αυτό, απομονώθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ενζυμικά οι ολικές γλυκοζαμινογλυκάνες από χειρουργικά δείγματα θυρεοειδικού ιστού από οζώδη βρογχοκήλη (η=42), θυρεοειδίτιδα Hashimoto (η=11), θυλακιώδες αδένωμα (η=7) και θηλώδες καρκίνωμα (η=9), ενώ ένα μέρος κάθε δείγματος χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση ολικού RNA και τη μελέτη της γονιδιακής έκφρασης των μεταβολικών ενζύμων του υαλουρονικού οξέος και των πρωτεογλυκανών με RT-PCR. Διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση της θειικής δερματάνης και της θειικής ηπαράνης στον παθολογικό συγκριτικά με το φυσιολογικό θυρεοειδικό ιστό αποκλειστικά στην οζώδη βρογχοκήλη, εύρημα που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη διαφορική διάγνωση των καρκινικών από τις καλοήθεις αλλοιώσεις στην οζώδη θυρεοειδική νόσο. Επιπλέον, διαπιστώθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση του υαλουρονικού οξέος στο θηλώδες καρκίνωμα, το θυλακιώδες αδένωμα και τη θυρεοειδίτιδα Hashimoto, που φάνηκε ότι σχετίζεται με: α) αυξημένη έκφραση των συνθασών του υαλουρονικού οξέος HAS-2 και HAS-3 και στις τρεις παθήσεις, β) ελαττωμένη έκφραση των υαλουρονιδασών HYAL-1 και HYAL-3 στο θηλώδες καρκίνωμα και το θυλακιώδες αδένωμα και γ) ελαττωμένη έκφραση μόνο της υαλουρονιδάσης HYAL-3 στη θυρεοειδίτιδα Hashimoto. Επίσης, η μελέτη της γονιδιακής έκφρασης των πρωτεογλυκανών με RT-PCR έδειξε στατιστικά σημαντική αύξηση της βερσικάνης V1 στον παθολογικό συγκριτικά με το φυσιολογικό θυρεοειδικό ιστό σε όλες τις θυρεοειδικές παθήσεις που εξετάστηκαν, καθώς και στατιστικά σημαντική μείωση της συνδεκάνης-1 στο θηλώδες καρκίνωμα και το θυλακιώδες αδένωμα. Τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για θεραπευτικούς σκοπούς. Συμπερασματικά, η θυρεοειδική έκφραση των γλυκοζαμινογλυκανών, πρωτεογλυκανών και σχετιζόμενων με αυτές μορίων μεταβάλλεται με διαφορετικό τρόπο στις επιμέρους θυρεοειδοπάθειες. Τα ευρήματα της μελέτης μας μπορεί να συνεισφέρουν στην κατανόηση των πολύπλοκων μηχανισμών που ενέχονται στην παθογένεση και τις εκδηλώσεις των θυρεοειδικών παθήσεων. Επιπλέον, τα αποτελέσματά μας δηλώνουν ότι το ερευνητικό αυτό πεδίο είναι πρόσφορο και χρήζει περαιτέρω διερεύνησης, προκειμένου να διαλευκανθούν οι δυνατότητες και ενδεχόμενοι περιορισμοί της χρήσης των γλυκοζαμινογλυκανών, πρωτεογλυκανών και σχετιζόμενων με αυτές μορίων για διαγνωστικούς, προγνωστικούς και θεραπευτικούς σκοπούς.