Μελέτη της ρύθμισης λειτουργικών μονάδων του δικτύου κυτταρικής πρωτεόστασης στη γήρανση και τον καρκίνο
Authors: Παπανάγνου Ελένη-Δήμητρα 
Published: September 2021

Η ομοιόσταση του πρωτεώματος (πρωτεόσταση) είναι κρίσιμη για την κυτταρική λειτουργικότητα και συνεπώς για την υγεία του οργανισμού η οποία εξασφαλίζεται από το δίκτυο πρωτεόστασης. Βασικά στοιχεία του δικτύου αποτελούν τα δύο κύρια πρωτεoλυτικά συστήματα ουβικιτίνης-πρωτεασώματος και αυτοφαγίας-λυσοσώματος. Αρκετά στοιχεία υποδηλώνουν ότι τα καρκινικά κύτταρα έχουν υψηλή εξάρτηση από τους μηχανισμούς πρωτεόστασης συμπεριλαμβανομένου και του μονοπατιού ουβικιτίνης-πρωτεασώματος. Το πολλαπλούν μυέλωμα, μια κλασική νόσος πρωτεωμικής αστάθειας, αποτελεί μια αιματολογική κακοήθεια που προκύπτει από το μετασχηματισμό των Β-λεμφοκυττάρων σε κλώνο παθολογικών πλασματοκυττάρων. Μια πολλά υποσχόμενη θεραπευτική προσέγγιση είναι αυτή της στόχευσης του πρωτεασώματος με τη χρήση διαφόρων αναστολέων έναντι αυτού όπως το Bortezomib και το Carfilzomib.Οι αναστολείς πρωτεασώματος παρόλο που έχουν βελτιώσει σημαντικά την ολική επιβίωση των ασθενών που πάσχουν από πολλαπλούν μυέλωμα, εμφανίζουν σοβαρές παρενέργειες όπως καρδιοτοξικότητα Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αφορά στη μελέτη των μεταβολών της ενεργότητας του πρωτεασώματος σε κύτταρα περιφερικού αίματος κατά τη γήρανση καθώς και στην κατανόηση της μοριακής βάσης και ρύθμισης των λειτουργικών μονάδων πρωτεόστασης (πρωτεάσωμα) σε ασθενείς με πολλαπλούν μυέλωμα μετά από θεραπεία με πρωτεασωμικούς αναστολείς. Επίσης μέρος της εργασίας είναι η μελέτη της ρύθμισης του πρωτεασώματος κατά τη γήρανση στον καρδιακό ιστό. Ως μοντέλο επιλέχθηκε η Drosophila melanogaster. Στο ίδιο σύστημα μελετήθηκε η επίδραση της μερικής πρωτεασωμικής αναστολής στην καρδιακή λειτουργία καθώς η καρδιοτοξικότητα είναι σημαντική παρενέργεια των πρωτεασωμικών αναστολέων. Επίσης θεματική περιοχή της παρούσας εργασίας αποτελεί η ανάδειξη θεραπευτικών παρεμβάσεων για τη μείωση της καρδιοτοξικότητας, η οποία σχετίζεται με τη μερική αναστολή της πρωτεασωμικής λειτουργίας στον καρδιακό ιστό. Οι παρατηρήσεις μας εν συντομία έδειξαν μείωση της πρωτεασωμικής ενεργότητας κατά το γήρας σε κύτταρα του περιφερικού αίματος. Η επίδραση των πρωτεασωμικών αναστολέων στα μονοπύρηνα κύτταρα του αίματος (ΜΚΠΑ) οδήγησε στην αύξηση της έκφρασης πρωτεοστατικών γονιδίων στους περισσότερους ασθενείς, πιθανώς προκειμένου το κύτταρο να εξισορροπήσει τη δυσλειτουργία του πρωτεασώματος (δίκτυο ανάδρασης). Παρά τη θεραπεία με αναστολείς πρωτεασώματος, τα ΜΚΠΑ, αλλά και τα ερυθροκύτταρα (ΕΚ), κάποιων ασθενών παρουσίασαν αυξημένες πρωτεασωμικές ενεργότητες. Στην περίπτωση των ΜΚΠΑ οι αποκρίσεις αυτές μπορεί να σχετίζονται με μεταβολές της γονιδιακής έκφρασης. Η αύξηση της πρωτεασωμικής ενζυμικής ενεργότητας στα ΕΚ (κύτταρα απύρηνα) ενδεχομένως αποδίδεται στη σύνθεση περισσότερων νέων ΕΚ από το μυελό των οστών (αιμοποίηση). Είδαμε επίσης πως γηρασμένος καρδιακός ιστός χαρακτηρίζεται από μειωμένη πρωτεασωμική ενεργότητα και αυξημένη πρωτεωμική αστάθεια καθώς και καρδιακή δυσλειτουργία πιθανώς εξαιτίας της διαταραχής του δικτύου πρωτεόστασης. Ακολούθως παρατηρήσαμε πως οι πρωτεασωμικές υπομονάδες β1 (ενεργότητα κασπάσης) αλλά κυρίως η β5 (ενεργότητα χυμοθρυψίνης) είναι βασικές για την ανάπτυξη των εντόμων Drosophila melanogaster πιθανότατα εξαιτίας της καρδιακής δυσλειτουργίας και της δυσκολίας στη μετακίνηση θρεπτικών στοιχείων στους ιστούς. H αποσιώπηση των συγκεκριμένων υπομονάδων προκαλεί πρωτεοτοξικό στρες στον καρδιακό ιστό και διαταραχή της μιτοχονδριακής λειτουργίας οδηγώντας σε καρδιακή δυσλειτουργία. H υπερέκφραση της αυτοφαγικής πρωτεΐνης Atg8a σε υπόβαθρο β5 RNAi μειώνει το πρωτεοτοξικό στρες στην καρδιά, και επάγει τη βιογένεση των μιτοχονδρίων μέσω επαγωγής του μονοπατιού αυτοφαγίας-λυσοσώματος και της αποκατάστασης της μιτόστασης. Ταυτόχρονα, η παρατεταμένη έκθεση εντόμων σε Bortezomib και Carfilzomib προκάλεσε πρωτεωμική αστάθεια, με σοβαρές επιπτώσεις στη λειτουργία των μιτοχονδρίων αλλά και της καρδιάς προκαλώντας αρρυθμία και βραδυκαρδία. Η χορήγηση των επαγωγέων αυτοφαγίας μετφορμίνη και ραπαμυκίνη οδήγησε σε βελτίωση του φαινοτύπου που προκλήθηκε από τους πρωτεασωμικούς αναστολείς και σε αυτήν την περίπτωση μέσω επαγωγής του μονοπατιού της αυτοφαγίας-λυσοσώματος. Συμπερασματικά, η υγεία των μιτοχονδρίων και κατ’ επέκταση της καρδιάς ρυθμίζεται από την ισορροπία μεταξύ βιογένεσης και μιτοφαγίας, μιας διαδικασίας μέσω της οποίας τα κατεστραμμένα μιτοχόνδρια υποβάλλονται σε αυτοφαγική αποικοδόμηση.