Επιγενετική στα αυτοάνοσα νοσήματα. Καλλιόπη Αδάμ Τμήμα Ανοσολογίας-Ιστοσυμβατότητας Γενικό Νοσοκομείο Αθηνών Λαϊκό

Transcript

1 Επιγενετική στα αυτοάνοσα νοσήματα Καλλιόπη Αδάμ Τμήμα Ανοσολογίας-Ιστοσυμβατότητας Γενικό Νοσοκομείο Αθηνών Λαϊκό

2 Οι πολλαπλές διαδρομές προς την αυτοανοσία Βλάβη ιστού υπό στείρες συνθήκες ή λόγω μόλυνσης Δυσβίωση, διαταραγμένη σύσταση της μικροχλωρίδας Ανωμαλίες σε μη κωδικοποιητικά ρυθμιστικά RNAs Ορμονικές δράσεις που συνδέονται με το φύλο και ατελής αδρανοποίηση χρωμοσωμάτων Χ Τέτοιες διεργασίες οδηγούν: στην παραγωγή φλεγμονωδών κυτοκινών, στη συρρίκνωση των Treg, στην αύξηση δραστικών κυτταρικών πληθυσμών και στην παραγωγή αυτοαντισωμάτων, συστηματική αυτοάνοση ασθένεια. AN Theofilopoulos, NATURE IMMUNOLOGY, 2017

3 Βλάβη ιστού υπό στείρες συνθήκες ή λόγω μόλυνσης μπορεί να οδηγήσει σε: 1. αφθονία νουκλεϊνικών οξέων και άλλων σχετιζόμενων με βλάβη μοριακών προτύπων (damageassociated molecular patterns, DAMPs) που απελευθερώνονται από κατεστραμμένα κύτταρα ή σχετιζόμενων με παθογόνα μοριακών προτύπων (pathogen-associated molecular patterns, PAMPs), 2. μοριακή μίμηση, 3. παρουσίαση αυτοαντιγόνων σε μη ανεκτικά λεμφοκύτταρα και 4. επαγωγή φλεγμονωδών αποκρίσεων

4 Δυσβίωση, διαταραγμένη σύσταση της μικροχλωρίδας μπορεί να οδηγήσει σε: 1. μετατόπιση των ωφέλιμων βακτηριδίων και τη μείωση πολλών αντιφλεγμονωδών παραγόντων όπως λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας (shortchain fatty acids, SCFA), συνδέτες του υποδοχέα του αρυλικού υδρογονάνθρακα (μεταγραφικός παράγοντας, aryl hydrocarbon receptor ligands, AHR-L) και πολυσακχαρίτης Α (polysaccharide A, PSA), 2. εξάπλωση προσκολλημένων βακτηριακών πληθυσμών όπως τα κατακερματισμένα νηματοειδή βακτήρια (segmented filamentous bacteria, SFB), 3. βλάβη του εντερικού επιθηλιακού φραγμού και μετατόπιση βακτηρίων και φλεγμονωδών προϊόντων στους μεσεντέριους λεμφαδένες. Με αποτέλεσμα: την ελάττωση των Treg, την επέκταση των Τh17 και την επαγωγή της φλεγμονής.

5 Σεξουαλική προτίμηση στην αυτοανοσία Δύο, κυρίως, παράγοντες συμβάλλουν σε αυτό: οι ορμόνες: τα οιστρογόνα ενισχύουν τις ανοσολογικές αποκρίσεις, ενώ τα ανδρογόνα τις καταστέλλουν. Η μη αδρανοποίηση του Χ-χρωμοσώματος. (η αδρανοποίηση του Χ εξασφαλίζει την ισοδύναμη δόση αρσενικών και θηλυκών γονιδίων για γονίδια που είναι συνδεμένα με το Χ). Ανάλογα με τη φύση των γονιδίων που ξεφεύγουν από την αδρανοποίηση, η πιθανή επίδραση στην αυτοανοσία μπορεί να είναι: o o επιζήμια εάν τα γονίδια που διαφεύγουν κωδικοποιούν προϊόντα που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος (για παράδειγμα, DDX3X, BTK και TLR7) επωφελής εάν τα προϊόντα εμπλέκονται σε ανοσορρυθμίσεις (για παράδειγμα FOXP3).

6 Ανωμαλίες σε μη κωδικοποιητικά ρυθμιστικά RNAs Περίπου το 98% του μεταγραμμένου ανθρώπινου γονιδιώματος δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες. η μεγάλη πλειοψηφία (75-90%) μεταγράφεται ως μη κωδικοποιητικό RNA: mirnas (μήκους νουκλεοτιδίων) προσδένονται στους mrna στόχους τους και προκαλούν γονιδιακή σίγαση ως επί το πλείστον με μεταφραστική καταστολή και μακρά μη κωδικοποιητικά RNA, (lncrnas) 200 νουκλεοτιδίων δρουν μεταγραφικά και ρυθμίζουν βιολογικές διεργασίες μέσω των αλληλεπιδράσεών τους με mrna ή DNA ή πρωτεϊνες

7 χρωμόσωμα αδελφή χρωματίδα Τροποποίηση ιστονών νουκλεόσωμα RNA παρέμβαση πρωτεΐνη Μεθυλίωση DNA

8 Mεθυλίωση του DNA Προσθήκη μιας ομάδας μεθυλίου (CΗ3) στο 5 C του πυριμιδινικού δακτυλίου της Κυτοσίνης και δημιουργία της 5-μεθυλκυτοσίνης Παρατηρείται συνήθως σε δινουκλεοτίδια CpG (υποκινητές των γονιδίων) Χρησιμοποιεί Πρωτεΐνες-Μεταφορείς Μεθυλίων στο DNA (DNA Methyltransferases, DNMTs) οδηγεί σε απενεργοποίηση της έκφρασης γονιδίων

9 Τροποποιήσεις των ιστονών Κάθε ιστόνη έχει μια αμινοτελική ουρά, η οποία εκτείνεται έξω από την κεντρική δομή. Οι ουρές αυτές είναι εύκαμπτες και περιέχουν έναν αριθμό καταλοίπων λυσινών (K), αργινινών (R) και σερινών (S).

10 Ακετυλίωση Ιστονών Μεταφορά ακετυλικής ομάδας σε αμινοξικό κατάλοιπο Λυσίνης (Κ) ή Αργινίνης (R) που εξουδετερώνει το θετικό φορτίο τους. Έτσι, χαλαρώνουν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των «ουρών» των ιστονών. Ακετυλίωση Ιστονών Απoακετυλίωση ενεργοποίηση μεταγραφής καταστολή μεταγραφής Οι Histone AcetylTransferases (HATs) ακετυλιώνουν Λυσίνη/ Αργινίνη Οι Histone Deacetylases (HDACs) αποακετυλιώνουν Λυσίνη/ Αργινίνη

11 Τα MicroRNAs (mirnas) και η RNA παρέμβαση (RNA interference) πρωτεΐνη µικρά, µονόκλωνα RNA, (22 νουκλεοτίδια µήκος), δεν κωδικοποιούν πεπτίδια. υβριδίζονται µε συμπληρωματικά mrna, και παρεμποδίζουν την µετάφραση. προκαλούν μεταμεταγραφική καταστολή της γονιδιακής πληροφορίας.

12 Μηχανισμοί μεταγραφικής καταστολής από μεθυλίωση του DNA και ακετυλίωση ιστονών

13 Παρεκκλίνουσα μεθυλίωση του DNA στα ανοσοκύτταρα των ασθενών με αυτοάνοσα νοσήματα

14 Η ειδική γονιδιακή υπομεθυλίωση, ιδιαίτερα γονιδίων που σχετίζονται με την αυτοαντιδραστικότητα, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην παθογένεση του ΣΕΛ Συνέπειες: ενίσχυση της υπερέκφρασης αυτών των γονιδίων, κυτταρική υπερδραστηριότητα, διαιώνιση της ανοσοαπόκρισης και, διαιώνιση της φλεγμονώδους απόκρισης.

15 Επιγενετική και Τ κύτταρο στα αυτοάνοσα νοσήματα

16 Απορρύθμιση των mirnas στα αυτοάνοσα νοσήματα Ανάπτυξη ανοσοκυττάρων Ωρίμανση κοκκιοκυττάρων Διαφοροποίηση Β/Τ κυττάρων κακοήθειες Λειτουργία Β κυττάρων Μειωμενή IgG ισοτυπική μεταστροφή Ανεπαρκής ανταπόκριση του βλαστικού κέντρου Διαταραχή παραγωγής αντισωμάτων Διαταραχή των mirnas Διαταραχή mirnas Λειτουργία Τ κυττάρων Αστάθεια Treg Απώλεια κατασταλτικής λειτουργίας Απώλεια ανοχής Φυσική ανοσιακή απάντηση Παρατεταμένη/αυξημένη παραγωγή φλεγμονωδών κυτοκινών Ειδική ανοσιακή απάντηση Ελαττωματική αντιγονοπαρουσίαση Μη ομαλή λειτουργία των Τ/Β Φλεγμονώδεις αυτοάνοσες διαταραχές Μειωμένη ειδική ανοσία

17 Επιγενετική μεθοδολογία: Συνδυασμός γενετικής-βιοχημείας-βιοπληροφορικής

18 Κύρια επιγενετικά χαρακτηριστικά για αναλυτικές δοκιμασίες 3D διαμόρφωση του γονιδιώματος Θέσεις νουκλεοσωμάτων Πρόσβαση/ αποτύπωση χρωματίνης Θέσεις πρόσδεσης πρωτεϊνών (ιστόνες, ΜΠ) DNA μεθυλίωση

19 Επιγενετικές αναλυτικές τεχνολογίες

20 Τροποποίηση με όξινο θειώδες νάτριο (Bisulphite conversion) Για να μελετηθεί η μεθυλίωση ενός υποκινητή γονιδίου πρέπει πρώτα να καταστεί δυνατός ο διαχωρισμός του μεθυλιωμένου DNA από αυτό που δεν είναι: 1. επεξεργασία του DNA με όξινο θειώδες νάτριο m C C m C 2. PCR μεγέθυνση (η ουρακίλη συμπεριφέρεται σαν θυμίνη) m C U U C Τ 3. ανάλυση: ενζυμικά με τη χρήση περιοριστικών ενδονουκλεασών, υβριδιμός, PCR ειδική στη μεθυλίωση (Methylation specific PCR - MSP) αλληλούχιση...(από απλές σε υψηλής απόδοσης τεχνολογίες).

21 Επιγενετικά φάρμακα: από τη χημεία μέσω της βιολογίας στην ιατρική

22 Επιγενετική φαρμακολογία Η βασική υπόθεση: ο επιγενετικός προγραμματισμός είναι αναστρέψιμος. τα φάρμακα που στοχεύουν ένα ή περισσότερα από τα ένζυμα του επιγενετικού μηχανισμού μπορούν να αποκαταστήσουν ένα «κανονικό» πρόγραμμα έκφρασης γονιδίων. Συνεπώς: Οι μηχανισμοί μεθυλίωσης του DNA και τροποποίησης της χρωματίνης είναι υποψήφιοι για φαρμακολογική χειραγώγηση της αυτοάνοσης ασθένειας.

23 M. Ahmadi et al. / Biomedicine & Pharmacotherapy 87 (2017) HDAC inhibitor: αναστολέας της απoακετυλίωσης DNMT inhibitor: αναστολέας της μεθυλίωσης του DNA ενεργοποίηση της μεταγραφής

24

25 Autoimmunity is a combination of genetics and bad luck Garrison Fathman, Stanford University School of Medicine, 1986