Acetylacja białek w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Wpływ inhibitorów deacetylaz białkowych na przeżywalność komórek THP-1 i ludzkich pierwotnych makrofagów. Aleksander Grabiec 12 czerwca 2007 Promotor: dr hab.

Download Report

Transcript Acetylacja białek w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Wpływ inhibitorów deacetylaz białkowych na przeżywalność komórek THP-1 i ludzkich pierwotnych makrofagów. Aleksander Grabiec 12 czerwca 2007 Promotor: dr hab.

Slide 1

Acetylacja białek
w reumatoidalnym zapaleniu stawów.
Wpływ inhibitorów deacetylaz białkowych
na przeżywalność komórek THP-1
i ludzkich pierwotnych makrofagów.
Aleksander Grabiec

12 czerwca 2007
Promotor: dr hab. Joanna Bereta
Doświadczenia przeprowadzono w laboratorium Dr Krisa Reedquista
Division of Clinical Immunology and Rheumatology
Academic Medical Center
University of Amsterdam, The Netherlands


Slide 2

Reumatoidalne zapalenie stawów (RA)
• Choroba autoimmunologiczna charakteryzująca się
chronicznym stanem zapalnym stawu prowadzącym do
trwałego uszkodzenia kości i chrząstki
• Dotyka ok. 1% populacji
• Patofizjologia związana z akumulacją aktywowanych
komórek układu immunologicznego w stawie


Slide 3

Biologiczna rola acetylacji i deacetylacji
Modyfikacje struktury chromatyny odgrywają kluczową rolę w regulacji
ekspresji genów:
– W stanie spoczynku DNA ciasno owinięte wokół oktameru histonów –zamknięta
konformacja chromatyny – wyciszona ekspresja genów

– Aktywacja komórki – histony ulegają acetylacji (acetylotransferazy histonów, HATs)
– otwarta konformacja chromatyny – inicjacja transkrypcji genów
– Usunięcie grup acetylowych
przez deacetylazy histonów kondensacja chromatyny
i wyciszenie genów
– Acetylacja odgrywa kluczową
rolę w stymulacji ekspresji
genów promujących rozwój
stanu zapalnego

Peter J. Barnes, 2006


Slide 4

Deacetylacja białek nie-histonowych





NF-B
p53
JAK/STAT
FoxO

Ścieżki transdukcji sygnału
regulowane przez odwracalną
acetylację są substratami dla:
 deacetylaz histonów (HDACs)
 sirtuin – rodzina deacetylaz
zależnych od NAD

Ścieżki sygnałowe, których aktywacja/modulacja jest
istotna dla promocji stanu zapalnego i przeżycia komórki
w RA są regulowane przez odwracalną acetylację


Slide 5

Acetylacja w stanie patologicznym –
astma
• Wzmożona aktywność HAT i
zredukowana aktywność HDAC w
drogach oddechowych pacjentów
chorujących na astmę
• Normalna aktywność HAT i HDAC
w PBMC

Zmiany aktywności HAT i HDAC
pojawiają się lokalnie w
drogach oddechowych
prowadząc do rozwoju
chronicznego stanu zapalnego

Peter J. Barnes, 2004


Slide 6

Deacetylazy histonów jako nowy cel
terapeutyczny w leczeniu RA?
Analiza wpływu inhibitorów deacetylaz histonów na komórki
istotne w patofizjologii RA oraz na zwierzęce modele RA:
In vitro:
– Uczulają synowiocyty (FLS) na apoptozę indukowaną przez TRAIL
(Jungel et al., Annals of the Rheumatic diseases, 2006)

– Blokują produkcję metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej
(MMPs) przez ludzkie chondrocyty
(Young et al., Arthritis Research and Therapy, 2005)

In vivo:
– Hamują zapalenie stawów indukowane adjuwantem u szczurów
(Chung et al., Molecular therapy, 2003)

– Hamują zapalenie stawów indukowane autoprzeciwciałami u myszy
(Nishida et al., Arthritis and Rheumatism, 2004)


Slide 7

Cele badawcze
• Jaki jest poziom acetylacji białek w błonie maziowej
pacjentów z RA?
– Czy występują różnice w poziomie acetylacji pomiędzy
różnymi komórkami w obrębie błony maziowej?
– Czy te różnicę są związane z konkretnymi typami
komórek?

• Czy inhibitory deacetylaz białkowych mogą
wywoływać apoptozę w komórkach istotnych w
patofizjologii RA?
• W jaki sposób zahamowanie aktywności deacetylaz
wpływa na produkcję cytokin prozapalnych?


Slide 8

Hiperacetylacja białek jądrowych w błonie
maziowej pacjentów z RA

Pacjent 2

Pacjent 1

kontrola

acetylowana lizyna

CD3


Slide 9

Czy różnice w stopniu
acetylacji białek jądrowych
są związane z konkretnym
typem komórek?
Podwójne barwienie
immunofluorescencyjne błony
maziowej pacjentów z RA:



Zielone barwienie – acetylowana
lizyna
Czerwone barwienie – markery
powierzchniowe komórek:






CD3 – limfocyty T
CD22 – limfocyty B
CD55 – FLS
CD68
makrofagi
CD163

CD3

CD22

CD55

CD68

CD163

kontrola


Slide 10

Analiza ilościowa podwójnego barwienia
immunofluorescencyjnego
% komórek wykazujących hiperacetylację

60

• Podwójne barwienie
wycinków tkanek
pochodzących od 4
pacjentów z RA

50

40

• Analiza ilości jąder
komórkowych wykazujących
hiperacetylację
przypadających na 100
komórek każdego typu

30

20

10

0
CD3

CD22

CD55

CD68

CD163

Hiperacetylacja białek
występuje głównie w
makrofagach i synowiocytach
błony maziowej


Slide 11

Czy zahamowanie aktywności deacetylazowej
wpływa na przeżywalność komórek in vitro?
Komórki:
– THP-1 – ludzka białaczkowa linia monocytarna
– Ludzkie pierwotne makrofagi
trichostatyna A

24-godzinna inkubacja z inhibitorami deacetylaz:
– trichostatyna A – antybiotyk przeciwgrzybiczy
wykazujący aktywność cytostatyczną, specyficzny
inhibitor aktywności HDAC
– nikotynoamid – inhibitor sirtuin
nikotynoamid

Pomiar apoptozy – barwienie aneksyną V
sprzęgniętą z FITC, kontrbarwienie jodkiem
propydyny  analiza cytometryczna


Slide 12

Czy zahamowanie aktywności deacetylazowej
wpływa na przeżywalność komórek in vitro?

Nic [mM]

TSA [μM]

20

10

5,0

2,0

0,25

35
30
25
20
15
10
5
0

medium

10
20

5,0

% kom. apoptotycznych

TSA [μM]

2,0

1,0

0,5

0,25

0,1

medium

% kom. apoptotycznych

35
30
25
20
15
10
5
0

1,0

makrofagi

THP-1

Nic [mM]

TSA i nikotynoamid indukują apoptozę w
komórkach THP-1 i ludzkich makrofagach


Slide 13

Jak zahamowanie aktywności deacetylazowej wpływa
na pro-apoptotyczne właściwości TNFα?

30
25

makrofagi
% kom. apoptotycznych

% kom. apoptotycznych

THP-1
medium
TNF 10 ng/ml

20
15
10
5
0
med

0,1

0,25

0,5

TSA [M]

45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

medium
TNF 10 ng/ml

med

1,0

2,0

TSA [M]

Koinkubacja z TNFα:
– uczula ludzkie makrofagi na apoptozę indukowaną
inhibitorami deacetylaz
– zwiększa pro-apoptotyczne właściwości inhibitorów
deacetylaz w komórkach THP-1


Slide 14

Jaki jest molekularny mechanizm apoptozy
indukowanej przez inhibitory deacetylacji białek?
Hipoteza:
Trichostatyna A i nikotynoamid modulują profil ekspresji
genów pro- i anty-apoptotycznych
Metoda:
MLPA – multiplex ligation-dependent probe amplification :
– Umożliwia oszacowanie ilości kopii 40 różnych sekwencji DNA
– Amplifikacja genów bezpośrednio zaangażowanych w regulację
apoptozy
– Ilość każdego produktu amplifikacji odzwierciedla względną ilość
kopii analizowanej sekwencji docelowej


Slide 15

Zasada działania
testu MLPA

gene A
Odwrotna transkrypcja

gene A
hemi-probe A’

PCR primer
sequence X
A
A’
hybridization
sequences

PCR primer
sequence X

Para pół-sond hybrydyzuje
z przylegającymi
sekwencjami docelowymi

gene B
gene A
ligacja

PCR primer
sequence Y
stuffer
sequence B

B
B’
hybridization
sequences

Hybrydyzacja sondy

PCR primer
sequence Y
stuffer
sequence A

hemi-probe B’

hemi-probe B

cDNA

gene B

Struktura sondy:

hemi-probe A

mRNA

gene B

primer X

primer X

primer Y

primer Y

ligation product A

ligation product B

Reakcja PCR wykorzystująca
jedną parę starterów dla
wszystkich produktów ligacji
Product A
Product B

Produkt amplifikacji ma unikalną
długość dla każdego genu, ilość
produktu reprezentuje względną
ekspresję analizowanego genu


Slide 16

TSA i nikotynoamid regulują ekspresję genów pro- i antyapoptotycznych w komórkach THP-1
Geny anty-apoptotyczne:
Bcl-2

A1/Bfl-1
0.8

relative expression

relative expression

3.0
2.5
2.0
1.5

1.0
0.5
0.0

medium

TSA

0.6
0.4
0.2
0.0

Nic

medium

TSA

Nic

Geny pro-apoptotyczne:
Bmf

MAP-1
1.25

relative expression

relative expression

2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

medium

TSA

Nic

1.00
0.75
0.50
0.25
0.00

medium

TSA

Nic


Slide 17

Potwierdzenie zmiany profilu ekspresji
genów na poziomie białka

stabilizujące potencjał błony
mitochondrialnej)

A1
Bmf
Actin

– Zarówno TSA jak i, w mniejszym
stopniu, nikotynamid indukują
ekspresję pro-apoptotycznego białka
Bmf (białko z rodziny BH3-only, indukuje
apoptozę przez inaktywację Bcl-2)

Nic 20 mM

medium

– Nikotynamid powoduje obniżenie
ekspresji anty-apoptotycznego
białka A1 (białko z rodziny Bcl-2,

TSA 1 μM

W komórkach THP-1:


Slide 18

Jaki jest molekularny mechanizm apoptozy
indukowanej przez inhibitory deacetylacji białek?
Hipoteza:
TSA i nikotynoamid regulują ekspresję genów pro- i antyapoptotycznych
poprzez indukcję hiperacetylacji białek niehistonowych
Metoda:
– Liza makrofagów stymulowanych TSA i nikotynoamidem
– Analiza western blotting – przeciwciała przeciwko acetylowanej lizynie
B

37,8

37,8

30,9

30,9

17,2

17,2

24 h

240’

120’

60’

Nic 20 mM

30’

medium

24 h

240’

120’

60’

TSA 2 μM

30’

medium

A


Slide 19

25

med
TNF 10 ng/ml

20
15
10
5
0

med

1,0

2,0

TSA [μM]

10

20

Nic [mM]

2.5

stężenie IL-6 [ng/ml]

stężenie TNFα [ng/ml]

Analiza wpływu inhibitorów deacetylaz na profil
ekspresji cytokin prozapalnych
med
TNF 10 ng/ml

2.0
1.5

1.0
0.5
0.0

med

1,0

2,0

TSA [μM]

10

20

Nic [mM]

Zahamowanie aktywności deacetylazowej nie
wpływa na produkcję IL-6 i TNFα przez
niestymulowane makrofagi
Inhibitory deacetylaz hamują indukowaną TNFα
produkcję IL-6 i TNFα przez makrofagi


Slide 20

Wnioski
• Białka jądrowe ulegają hiperacetylacji w błonie maziowej pacjentów z
RA, przy czym wysoki poziom acetylacji charakteryzuje przede
wszystkim makrofagi i synowiocyty
• Inhibitory deacetylacji indukują apoptozę w komórkach THP-1 i ludzkich
makrofagach oraz uczulają komórki na apoptozę indukowaną TNFα
• Apoptozie indukowanej przez inhibitory deacetylaz nie towarzyszy
stymulacja produkcji cytokin prozapalnych – TSA i nikotynoamid
obniżają produkcję IL-6 i TNF przez aktywowane makrofagi

Inhibitory deacytelaz białkowych ze względu na swoje
pro-apoptotyczne i przeciwzapalne właściwości mogą
wykazywać wysoki potencjał terapeutyczny w leczeniu
reumatoidalnego zapalenia stawów