Molecular and cellualr mechanisms activated in response to organismal and cellular stress
Authors: Αβράμπου Κλεοπάτρα 
Published: May 2021

Οι μοριακοί μηχανισμοί συστημικού και κυτταρικού στρες είναι αναγκαίοι για τη διατήρηση της ομοιόστασης. Διατάραξη των μηχανισμών αυτών οδηγεί σε εμφάνιση παθήσεων.Για τη μελέτη του συστημικού στρες εστιάζουμε στον χρόνιο πόνο. Για τη θεραπεία του χρόνιου πόνου, οι πιο κοινοί φαρμακευτικοί στόχοι είναι οι πρωτεΐνες που συνδέονται με G- πρωτεΐνες. Η πρωτεΐνη ρυθμιστής των G- πρωτεϊνών 4, RGS4 εμφανίζει ένα ευρύ πεδίο έκφρασης σε περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την ρύθμιση του πόνου και ο ρόλος στις περιοχές του εγκεφάλου σε συνθήκες χρόνιου πόνου ήταν άγνωστος. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιώντας γενετικά τροποποιημένα ποντίκια ως προς την έκφραση της RGS4 και μοντέλα χρόνιου φλεγμονώδη και νευροπαθητικού πόνου ανακαλύψαμε ότι η RGS4 πρωτεΐνη είναι υπεύθυνη για την διατήρηση του χρόνιου πόνου σε θηλυκά και αρσενικά ποντίκια. Συγκεκριμένα, η μελέτη μας έδειξε ότι παρέμβαση στην έκφραση της RGS4 πρωτεΐνης (χρησιμοποιώντας ποντίκια που δεν εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη, και ως κοντρόλ ποντίκια που εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη) οδηγεί σε πιο άμεση ανάρρωση από τα συμπτώματα της αλλοδυνίας (απόκριση σε μηχανικό ερέθισμα και απόκριση στο κρύο), το οποίο είναι το πιο κοινό σύμπτωμα του χρόνιου πόνου. Επιπλέον, ανακαλύψαμε ότι σε συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, στον αισθητικό θάλαμο, η RGS4 πρωτεΐνη δρα και οδηγεί στην διατήρηση των συμπτωμάτων του χρόνιου πόνου. Στη συνέχεια, συγκρίναμε το προφίλ έκφρασης RNA μορίων του θαλάμου μεταξύ ποντικών που αναρρώνουν και δεν αναρρώνουν από την αλλοδυνία και εντοπίσαμε μεταγραφικούς παράγοντες και μόρια σηματοδότησης να ρυθμίζονται μόνο στον θάλαμο ποντικών που εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη και δεν αναρρώνουν από την αλλοδυνία. Ανάλυση των σηματοδοτικών μονοπατιών έδειξε ότι το σηματοδοτικό μονοπάτι του γλουταμινικού οξέος ρυθμίζεται διαφορετικά μεταξύ των δύο ομάδων ποντικών. Συγκεκριμένα, ανακαλύψαμε ότι η έκφραση του μεταβοτροπικού υποδοχέα του γλουταμινικού οξέος 2 είναι αυξημένη στον θάλαμο των ποντικών που αναρρώνουν από την αλλοδυνία. Η μελέτη μας παρέχει καινοτόμες πληροφορίες για τα ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια στον εγκέφαλο που οδηγούν στην διατήρηση του χρόνιουπόνου και προτείνει ως νέα υποσχόμενη θεραπεία κατά του χρόνιου την στόχευση της RGS4 πρωτεΐνης (μέρος Α).Για να μελετήσουμε το κυτταρικό στρες εστιάσαμε στην οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία. Τα λευχαιμικά κύτταρα για να επιβιώσουν και πολλαπλασιαστούν ανεξέλεγκτα απαιτούν μεγάλες ποσότητες πρωτεϊνών, οι οποίες αναπόφευκτα ενεργοποιούν τους μηχανισμούς απόκρισης στο πρωτεϊνικό ή θερμικό στρες. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, όταν τα κύτταρα δεχθούν θερμικό σοκ ενεργοποιούν τον μεταγραφικό παράγοντα HSF1 προάγουν την έκφραση των HSP πρωτεϊνών. Ωστόσο, τα λευχαιμικά κύτταρα διατηρούν σταθερά υψηλά επίπεδα HSF1 για να πολλαπλασιάζονται συνεχόμενα χωρίς έλεγχο. Παρόλο που έχει αποδειχθεί ότι τα καρκινικά κύτταρα χρειάζονται τον HSF1 για να επιβιώσουν, παραμένει άγνωστο εάν ο HSF1 είναι αναγκαίος για την έναρξη και επιτάχυνση της λευχαιμίας. Στη παρούσα μελέτη, δημιουργήσαμε ένα γονιδιακό μοντέλο ποντικού που εκφράζει μόνιμα την HSF1 πρωτεΐνη (HSF1S303/7A) . Εισήγαμε την έκφραση του ογκογονιδίου NOTCH1 στα διαγονιδιακά ποντίκια HSF1S303/7A και παρατηρήσαμε ότι δεν επηρεάζεται η έναρξη και η εξέλιξη της νόσου. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες στα λευχαιμικά κύτταρα σχηματίζουν πρωτεϊνικά συμπλέγματα για την βέλτιστη λειτουργία τους και στοχεύουμε αυτά τα συμπλέγματα χρησιμοποιώντας ένα ειδικό αναστολέα που ονομάζεται PU-H71, ο οποίος στοχεύει την HSP90 πρωτεΐνη που είναι κύριο συστατικό αυτών των συμπλεγμάτων. Ανακαλύψαμε ότι ο PU-H71 επάγει κυτταρικό θάνατο σε λευχαιμικούς τύπους κυττάρων που εκφράζουν υψηλές τιμές του ογκογονιδίου NOTCH1, ενώ σε λευχαιμικούς τύπους κυττάρων που εκφράζουν χαμηλές τιμές NOTCH1 οδηγεί μόνο σε αναστολή του κυτταρικού κύκλου. Πραγματοποιώντας πειράματα σε διαγονιδιακά ποντίκια μεταμοσχεύοντας ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα (που εκφράζουν υψηλές τιμές του ογκογονιδίου NOTCH1 και μεγάλες ποσότητες πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων) χρησιμοποιώντας τον αναστολέα PU-H71 παρατηρήσαμε ότι επιβραδύνεται η εξέλιξη της νόσου. Παρόλο που ο αναστολέας επάγει κυτταρικό θάνατο και αναστολή πολλαπλασιασμού στα λευχαιμικά κύτταρα in vitro, παρατεταμένη επώαση με τον αναστολές οδηγεί σε ανθεκτικά κύτταρα στο PU-H71. Ενδιαφέρον είναι ότι ο HSF1 μειώνεται, ενώ η ποσότητα των πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων μειώνεται ελάχιστα στα ανθεκτικά κύτταρα, προτείνοντας ότι η αυξημένη έκφραση της HSP70 πουπαρατηρήσαμε αντισταθμίζει την μείωση της HSP90 που στοχεύετε από τον αναστολέα. Η ανάλυση της έκφρασης των RNA μορίων μεταξύ ανθεκτικών και μη ανθεκτικών κυττάρων έδειξε μεταγραφικές αλλαγές σε μεταγραφικό επίπεδο σε ρυθμιστές του κυτταρικού κύκλου και του μεταβολισμού. Η μελέτη μας προτείνει ότι η στόχευση των πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων στην οξεία λευχαιμία επιβραδύνει την νόσο και παρέχει καινοτόμες πληροφορίες για τις προσαρμογές που υφίστανται τα λευχαιμικά κύτταρα που παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στον PU-H71 (μέρος Β). Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη παρέχει πληροφορίες στους μηχανισμούς απόκρισης σε επίπεδο κυττάρου και οργανισμού. Σε συστημικό επίπεδο, ανακαλύψαμε ότι η RGS4 πρωτεΐνη δρα στον θάλαμο και προάγει τον χρόνιο πόνο και μειώνοντας την έκφρασή της επιταχύνεται η ανάρρωση από τον χρόνιο πόνο. Αυτά τα αποτελέσματα συμβάλλουν στην ανακάλυψη αποτελεσματικών θεραπειών του χρόνιου πόνου, ο οποίος εμφανίζεται σε πολλές παθήσεις όπως για παράδειγμα ρευματοειδή αρθρίτιδα, οστεοαρθρίτιδα, σκλήρυνση κατά πλάκας, βλάβη στην σπονδυλική στήλη και πόνο μετά την χημειοθεραπεία. Όσο αφορά το κυτταρικό επίπεδο, προτείνουμε μία εναλλακτική θεραπεία που στοχεύει τους μηχανισμούς στρες του λευχαιμικού κυττάρου και παράλληλα επισημαίνουμε τις πιθανές προσαρμογές των κυττάρων στην συγκεκριμένη θεραπεία, ώστε να αποφευχθεί η ανθεκτικότητα στους ασθενείς.