Συστημική ανάλυση έκφρασης και λειτουργίας μοριακών στόχων που εμπλέκονται στην κυτταρική μετανάστευση στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την αγγειογένεση
Authors: Μώκου Μαρίκα 
Published: September 2021

Tα τελευταία χρόνια η Συστημική Ιατρική έχει αναδειχθεί ως μια ολιστική προσέγγιση για την αντιμετώπιση σύνθετων νοσημάτων, όπως είναι ο καρκίνος και οι καρδιαγγειακές παθήσεις. Αναπόσπαστο κομμάτι των συστημικών προσεγγίσεων αποτελούν οι τεχνολογίες –ωμικής υψηλής ευκρίνειας, με την Πρωτεωμική να καταλαμβάνει κεντρικό ρόλο. Οι πρωτεωμικές αναλύσεις σε επίπεδο ιστού παρέχουν πλούτο πληροφορίας αναφορικά με τους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν τα σύνθετα νοσήματα συμβάλλοντας επομένως στην ανάδειξη νέων στόχων για θεραπευτικές παρεμβάσεις. Ο καρκίνος της ουροδόχου κύστεως αποτελεί τον πιο δαπανηρό και δεύτερο σε θνησιμότητα καρκίνο του ουρογεννητικού συστήματος. Οι ασθενείς με προχωρημένα στάδια της νόσου χαρακτηρίζονται από δυσμενή έκβαση που μπορεί, εν μέρει, να εξηγηθεί από τις περιορισμένες θεραπευτικές επιλογές που υπάρχουν. Επομένως, είναι επιτακτική η ανάγκη για την ανεύρεση νέων θεραπευτικών στόχων. Για το σκοπό αυτό, η παρούσα μελέτη επικεντρώθηκε στο χαρακτηρισμό των πρωτεωμικών αλλαγών σε επίπεδο ιστού που ευθύνονται για τη μεταστατικότητα του καρκίνου της ουροδόχου κύστεως. Για αυτό το λόγο πραγματοποιήθηκε συγκριτική πρωτεωμική ανάλυση μεταξύ μη διηθητικών και διηθητικών όγκων ουροδόχου κύστεως μέσω της οποίας εντοπίστηκαν 144 διαφορικά εκφραζόμενες πρωτεΐνες. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονταν πρωτεΐνες, όπως οι αννεξίνες, α-ακτινίνες, TGFBI, καντχερίνες και καθεψίνες, που είχαν προηγουμένως συσχετιστεί με τον καρκίνο της ουροδόχου κύστεως, ενισχύοντας περαιτέρω την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων αυτής της προσέγγισης. Αξίζει να σημειωθεί, ότι σε αυτή τη μελέτη αναδείχθηκαν επίσης και πολλά νέα ευρήματα μεταξύ των οποίων οι πρωτεΐνες FUCA1, BROX, PGRMC1 και PSMD12 που επιβεβαιώθηκαν ως προς τη διαφορική τους έκφραση στα διαφορετικά στάδια της νόσου, με ανοσοϊστοχημεία. Μέσω in silico ανάλυσης των διαφορικά εκφραζόμενων πρωτεϊνών προβλέφθηκε, μεταξύ άλλων, σημαντική ενεργοποίηση της πρωτεϊνοσύνθεσης στους διηθητικούς καρκίνους. Οι παράγοντες EIF3D και RHEB, οι οποίοι σχετίζονται με τη μετάφραση, επιλέχθηκαν για περαιτέρω λειτουργική ανάλυση in vitro και in vivo. Η καταστολή της έκφρασης του EIF3D στη μεταστατική κυτταρική σειρά ουροδόχου κύστεως T24M είχε σαν αποτέλεσμα τη μείωση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, της μεταναστευτικότητας και της ικανότητας σχηματισμού αποικιών in vitro, καθώς και μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των όγκων in vivo. Συγκρίσιμα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν in vitro αλλά όχι in vivo, έπειτα από καταστολή της έκφρασης του RHEB. Ως εκ τούτου, σε αυτή τη μελέτη, αναδείχθηκε ο παράγοντας EIF3D ως νέο υποψήφιο μόριο που εμπλέκεται στη μετάσταση του καρκίνου της ουροδόχου κύστεως και που εν δυνάμει μπορεί να αποτελέσει στόχο για θεραπευτική παρέμβαση. Από την άλλη πλευρά, τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν την κυριότερη αιτία θανάτου παγκοσμίως με ένα υψηλό ποσοστό θνησιμότητας και μια αυξανόμενη συχνότητα εμφάνισης ετησίως. Η αθηροσκλήρωση αποτελεί την κυριότερη αιτία εμφάνισης καρδιαγγειακών νοσημάτων και είναι μια χρόνια, συστημική νόσος που πολλές φορές παραμένει ασυμπτωτική κατά το αρχικό στάδιο. Δεδομένου ότι τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν κύριο παράγοντα επιβάρυνσης της παγκόσμιας υγείας, η έγκαιρη ανίχνευση και θεραπεία των ασθενών με αθηροσκλήρωση κρίνεται απαραίτητη. Προς αυτή την κατεύθυνση, στην παρούσα μελέτη, επιδιώχθηκε η κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τα καρδιαγγειακά νοσήματα, μέσω μιας συστημικής προσέγγισης βασισμένης σε ζωικά πρότυπα, δείγματα ανθρώπινων ιστών και in vitro μελέτες. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε πρωτεωμική ανάλυση χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας τύπου LC-MS/MS σε δείγματα θωρακικών αορτών από πρότυπα αθηροσκληρωτικών μυών, Ldlr - / - και ApoE - / -, παρουσία ή απουσία διαβήτη. Εκατόν εβδομήντα επτά πρωτεΐνες εντοπίστηκαν διαφορικά εκφραζόμενες στα ζωικά πρότυπα που ελέγχθηκαν σε σύγκριση με τα ζώα άγριου τύπου (WT), υποδηλώνοντας ότι οι μεταβολές αυτές εμπλέκονται στην αθηροσκλήρωση, ανεξάρτητα από το γενετικό υπόβαθρο του προτύπου που χρησιμοποιήθηκε. Οι πρωτεΐνες αυτές διαπιστώθηκε ότι εμπλέκονται σε διεργασίες που σχετίζονται με την αθηροσκλήρωση όπως ο μεταβολισμός, η αιμόσταση, το ανοσοποιητικό σύστημα, η εξωκυττάρια ουσία και η οργάνωση της χρωματίνης. Επιπρόσθετα, με LC-MS/MS ανάλυση που πραγματοποιήθηκε σε αγγεία ασθενών με καρδιαγγειακά νοσήματα επιβεβαιώθηκε η υπερέκφραση 6 πρωτεϊνών που είχαν ανιχνευτεί επίσης και στα ζώα. Μεταξύ αυτών, ο KDM5D, ένας επιγενετικός ρυθμιστής - μέλος της οικογένειας των KDM5 απομεθυλασών των ιστονών, παρουσίαζε έντονη υπερέκφραση στα δείγματα των ασθενών συγκριτικά με τα δείγματα των φυσιολογικών μαρτύρων. Αντιστοίχως, στα ίδια δείγματα, με ανοσοαποτύπωση κατά Western ανιχνεύθηκε και μείωση των επιπέδων της τριμεθυλιωμένης μορφής της Η3Κ4, η οποία είναι το υπόστρωμα των KDM5 απομεθυλασών. Περαιτέρω λειτουργικές μελέτες έδειξαν ότι η αναστολή των KDM5 απομεθυλασών στα κύτταρα HUVEC επέφεραν μείωση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, της μετανάστευσης και της ικανότητας σχηματισμού αγγείων in vitro. Συμπερασματικά, τα δεδομένα αυτής της μελέτης υποστηρίζουν την εμπλοκή των KDM5 απομεθυλασών των ιστονών στην ανάπτυξη των καρδιαγγειακών νοσημάτων, πιθανότατα μέσω της τροποποίησης του προτύπου μεθυλίωσης της H3K4. Επιπλέον, τα ευρήματα της πρωτεωμικής αυτής μελέτης δύναται να αποτελέσουν τη βάση σε περαιτέρω προσεγγίσεις Συστημικής Βιολογίας.