Αναζήτηση βιοδεικτών σε ασθενείς με επαναλαμβανόμενα καρδιαγγειακά περιστατικά για την βέλτιστη κλινική πρακτική

Abstract

Cardiovascular disorders (CVDs) remain one of the most common causes of death worldwide. They are characterized by a complicated pathophysiology and atherosclerosis seems to play a key role in their development. Despite current technological advances and therapeutic strategies, recurrent cardiovascular events are hard to predict, assess or prevent and thus, remain a hurdle for public health. This thesis aims to investigate the recurrence of CVDs and map inter-individual variability among patients in the Greek population. Different -omic approaches (genomics, epigenomics, and proteomics) were used to search for genotype-(clinical) phenotype correlations and develop a strategy to predict the recurrence (risk assessment) of CVDs based on candidate translational biomarkers of clinical relevance. Herein, multi-omics is chosen as the ideal strategy to reveal translational biomarkers of clinical importance in CVDs. Such synergy promotes data validity, particularly after the data and text mining processes that preceded the selection of the studied biomarkers. Proteomic analysis has been non-targeted in order to map the biological heterogeneity in question and generate mechanistic hypotheses. Our findings indicate that rs515135 (p<0.05) and rs11206510 (p<0.01) serve as potential biomarkers for the recurrence of CVDs in the Greek population. At the epigenomic level, miR-10a is differentially expressed (p=0.038) in patients suffering dysregulation of heart failure, compared to all patients with CVDs. Clinical proteomics datasets, not only support such findings, but also the role of miR-21 during the initial steps of atherosclerotic plaque formation and the miR-10a/ miR-20a synergy for the protection against it. Proteomic data analysis seems to empower genotype-clinical phenotype associations, despite inter-individual variability among patients and clinical phenotypes. In total, proteomics indicates the important role of inflammation-related proteins as well as the cross-section and physiopathology of blood vessels and the key role of cholesterol. This research strategy serves as a paradigm for the application of multi-omics and its ability to map biological heterogeneity, focusing on clinical importance, devoid of biological noise. Indeed, herein, each research and conceptual step (data and text mining, SNPs, miRs, and proteome) are interrogated for their validity; each step is enriched and in turn, it enriches one another, ideally translating information growth to knowledge growth.

Οι καρδιαγγειακές διαταραχές αποτελούν μια από τις πιο κοινές αιτίες θανάτου παγκοσμίως και έχουν σύνθετη παθοφυσιολογία. Φαίνεται ότι καθοριστικό ρόλο στην εμφάνισής τους διαδραματίζει ο σχηματισμός αθηρωματικής πλάκας και η αθηροσκλήρωση. Παρόλη την τεχνολογική ανάπτυξη στην αντιμετώπιση καρδιαγγειακών διαταραχών, καθώς και στη βέλτιστη θεραπευτική προσέγγιση αυτών, παραμένει αυξημένο το ποσοστό επανεμφάνισης κάποιου καρδιαγγειακού επεισοδίου σε ένα άτομο μετά το πρώτο περιστατικό χωρίς τη δυνατότητα πρόβλεψης, εκτίμησης και πρόληψης αυτών. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η διερεύνηση της επανεμφάνισης των καρδιαγγειακών διαταραχών και η χαρτογράφηση της ετερογένειας μεταξύ ασθενών στον ελληνικό πληθυσμό. Μέσω της χρήσης διαφορετικών -ομικών προσεγγίσεων (γονιδιωματικής, επιγονιδιωματικής και πρωτεομικής) αναζητήθηκαν συσχετίσεις γονοτύπου-(κλινικού)φαινοτύπου και επιδιώχθηκε η χάραξη μιας στρατηγικής για την πρόβλεψη επανεμφάνισης (εκτίμηση κινδύνου) ενός καρδιαγγειακού επεισοδίου στη βάση υποψήφιων μεταφραστικών βιοδεικτών κλινικής σημασίας. Η στρατηγική πολλαπλών -ομικών προσεγγίσεων (πρωτεομικής, μεταβολομικής, επιγονιδιωματικής και γονιδιωματικής), στην παρούσα εργασία, επιλέγεται ως η ιδανική να συνεισφέρει στην ανάδειξη μεταφραστικών βιοδεικτών κλινικής σημασίας στις καρδιαγγειακές διαταραχές. Η εν λόγω συνέργεια προάγει την αξιοπιστία των ευρημάτων, ειδικότερα, υπό το πρίσμα της εξόρυξης δεδομένων και κειμένου που προηγήθηκε για την επιλογή των υπό μελέτη βιομορίων (μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών και miRs). H πρωτεομική ανάλυση, σημαντικά, υπήρξε μη στοχευμένη, ώστε να χαρτογραφήσει τη βιολογική ετερογένεια και να προάγει υποθέσεις εργασίας βάσει αυτής.Τα αποτελέσματα της παρούσας στρατηγικής υποδεικνύουν ως υποψήφιους βιοδείκτες για την επανεμφάνιση καρδιαγγειακών επεισοδίων στον ελληνικό πληθυσμό τους rs515135 (p<0.05) και rs11206510 (p<0.01). Σε επίπεδο επιγονιδιωματικής, πρωτίστως, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στα επίπεδα έκφρασης του miR-10a (p=0.038) στην ομάδα ασθενών με απορρύθμιση καρδιακής ανεπάρκειας, συγκριτικά με το σύνολο των ασθενών με καρδιαγγειακά επεισόδια. Τα δεδομένα κλινικής πρωτεομικής, σε κάθε περίπτωση, δρουν υποστηρικτικά των προαναφερθέντων ισχυρισμών ως προς τους rs11206510 και rs515135 και το miR-10a, αλλά και το miR-21 και τα πρώτα στάδια έναρξης της αθηρωματικής πλάκας, καθώς και τη συνέργεια των miR-10a/ miR-20a για την προστασία έναντι αυτής. Τα πρωτεομικά δεδομένα φαίνεται πως γεφυρώνουν τη συσχέτιση γονότυπου-κλινικού φαινότυπου, αν και ομοίως, μαρτυρούν την έντονη ετερογένεια μεταξύ των ασθενών και των κλινικών φαινότυπων. Πρωτεομικά, διαφαίνεται σημαντικός ο ρόλος των πρωτεϊνών που σχετίζονται με τη φλεγμονή, καθώς και τη διατομή και φυσιοπαθολογία των αιμοφόρων αγγείων, με κυρίαρχο το ρόλο της χοληστερόλης. Η παρούσα εργασία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής της στρατηγικής των πολλαπλών -ομικών τεχνολογιών και της δυνατότητας αυτής να χαρτογραφεί ολιστικά τη βιολογική ετερογένεια, εστιάζοντας στην κλινική της σημασία, δίχως να «παραπλανείται» από τον βιολογικό θόρυβο. Πράγματι, στα πλαίσια της παρούσας διερεύνησης καθένα από τα ερευνητικά βήματα (εξόρυξη δεδομένων/κειμένου, γονιδιακές παραλλαγές, miRs και πρωτέομα) ελέγχεται για την αξιοπιστία του, εμπλουτίζεται και εμπλουτίζει, ιδανικά, μεταφράζοντας τον όγκο της πληροφορίας σε γνώση.