Ο Συστηματικός Ερυθηματώδης Λύκος (ΣΕΛ) αποτελεί το πρωτότυπο συστηματικό αυτοάνοσο νόσημα, που προσβάλλει πολλαπλά όργανα των ασθενών, όπως το δέρμα , οι νεφροί και το κεντρικό νευρικό σύστημα. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτού του νοσήματος είναι ότι εμφανίζεται σε πολύ μεγαλύτερη συχνότητα στις γυναίκες σε σύγκριση με τους άντρες. Αντίθετα, οι άντρες, παρότι προσβάλλονται λιγότερο συχνά, εμφανίζουν συνήθως πιο σοβαρές εκδηλώσεις της νόσου (πχ. νεφρίτιδα).
Στο εργαστήριό μας πραγματοποιήθηκε RNA sequencing σε ολικό αίμα από υγιείς και ασθενείς με ΣΕΛ προκειμένου να εντοπίσουμε γονίδια και μοριακούς μηχανισμούς που εμπλέκονται στη νόσο. Ακολούθησε βιοπληροφορική επεξεργασία των αποτελεσμάτων για την ανίχνευση γονιδίων που εκφράζονται διαφορετικά στα δύο φύλα. Η ανάλυση αυτών των δεδομένων οδήγησε στην ανακάλυψη μιας φυλο-εξαρτώμενης (sex-biased) μοριακής «υπογραφής», η οποία αποτελείται από 6 γονίδια που εκφράζονται διαφορετικά στα δύο φύλα και είναι συγκεκριμένη για το ΣΕΛ. Μεταξύ αυτών των γονιδίων, το SMC1A (Structural Maintenance of Chromosomes 1A) βρέθηκε να έχει την μεγαλύτερη αλλά και πιο σημαντική στατιστικά διαφορά μεταξύ ανδρών και γυναικών ασθενών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης, το SMC1A ήταν σημαντικά μειωμένο στους άνδρες ασθενείς συγκριτικά με τις γυναίκες ασθενείς και τους αντίστοιχους υγιείς.
Το γονίδιο SMC1A κωδικοποιεί για μια πρωτεΐνη που αποτελεί βασικό δομικό συστατικό του συμπλέγματος της κοχεσίνης (cohesin complex) (SMC1A, SMC3, RAD21. STAG1/2). Η πρωτεΐνη SMC1A, ως μέλος αυτού του συμπλέγματος, συμμετέχει σε ποικίλες λειτουργίες που σχετίζονται με την βιολογία του χρωμοσώματος και εν γένει των κυττάρων. Αρχικά, είναι απαραίτητη για την σύζευξη των αδελφών χρωματίδων και τον σωστό διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου ενώ παράλληλα συμμετέχει στην γονιδιακή ρύθμιση μέσω αναδιαμόρφωσης της αρχιτεκτονικής της χρωματίνης. Επιπλέον, εμπλέκεται στο δίκτυο επιδιόρθωσης των βλαβών του DNA καθώς έχει δειχθεί ότι η φωσφορυλίωσή της, από τον παράγοντα που αντιλαμβάνεται τις βλάβες στο DNA, ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) , είναι αναγκαία για την επιβίωση του κυττάρου μετά από την εμφάνιση βλάβης στο DNA.
Πρόσφατες μελέτες υποστηρίζουν ότι τα λεμφοκύτταρα από ασθενείς με ΣΕΛ δεν μπορούν να επιδιορθώσουν αποτελεσματικά τις βλάβες του DNA με αποτέλεσμα να οδηγούνται σε απόπτωση. Επιπλέον, τα Τ λεμφοκύτταρα των ασθενών εμφανίζουν μεγάλο αριθμό από θραύσματα στην διπλή έλικα του DNA (double-strand DNA breaks). Λαμβάνοντας υπόψιν τα παραπάνω, ο σκοπός της παρούσας επιστημονικής μελέτης είναι να διερευνηθεί ο ρόλος του απορυθμισμένου γονιδίου SMC1A στην παθογένεια του ΣΕΛ καθώς και η πιθανή εμπλοκή του στον φυλετικό διμορφισμό που χαρακτηρίζει την ασθένεια. Στην συγκεκριμένη μελέτη εστιάσαμε στον ρόλο που έχει η πρωτεΐνη στην επιδιόρθωση των βλαβών του DNA. Με πειράματα real-time PCR που μπορούμε να μετρήσουμε την μεταγραφική ικανότητα του γονιδίου, βρέθηκε ότι τα mRNA επίπεδα του SMC1A είναι σημαντικά μειωμένα σε CD4+ T λεμφοκύτταρα που απομονώθηκαν από άνδρες ασθενείς με ΣΕΛ, ενώ εμφανίζονται μειωμένα και στις γυναίκες ασθενείς. Επιπλέον, σε πειράματα ανοσοφθορισμού φάνηκε ότι τα CD4+ T λεμφοκύτταρα των ανδρών ασθενών έχουν αυξημένη βλάβη του DNA όπως εκτιμήθηκε με τα επίπεδα φωσφορυλιωμένης γH2Ax και μειωμένα επίπεδα φωσφορυλιωμένου SMC1A (pSMC1A), που δεν συνάδει με το υψηλό επίπεδο βλάβης στο DNA, συγκριτικά με τις γυναίκες ασθενείς και τους αντίστοιχους υγιείς. Αξιοσημείωτο είναι, επίσης, ότι η χορήγηση ορού από ασθενή με ΣΕΛ σε καλλιέργεια CD4+ T λεμφοκυττάρων, με σκοπό να εκθέσουμε τα κύτταρα στο περιβάλλον της ασθένειας, οδήγησε σε σημαντική αύξηση των επιπέδων μεταγραφής και φωσφορυλίωσης του SMC1A. Συνεπώς, συμπεραίνουμε ότι το περιβάλλον του ΣΕΛ φυσιολογικά τείνει να επάγει την έκφραση και την δράση του SMC1A, ωστόσο τα λεμφοκύτταρα των ασθενών εμφανίζουν σημαντικά χαμηλή έκφραση και δράση του.
Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης δείχνουν ότι στο ΣΕΛ η έκφραση του SMC1A είναι σημαντικά μειωμένη και επιπλέον, επηρεάζεται από το φύλο των ασθενών. Επίσης, υποδηλώνουν μια πιθανώς ελλιπή δράση του SMC1A στην επιδιόρθωση των βλαβών του DNA που εμφανίζουν τα λεμφοκύτταρα των ανδρών ασθενών. Η περαιτέρω διερεύνηση του ρόλου του SMC1A στην παθογένεια της ασθένειας θα μπορούσε να βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση του ρόλου που παίζει η εμφάνιση υψηλών επιπέδων βλάβης του DNA των ανοσοποιητικών κυττάρων στην σοβαρότητα ή στην διαιώνιση της ασθένειας. Τέλος, θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε νέους στόχους και καινοφανείς θεραπείες προσαρμοσμένες στο φύλο του κάθε ασθενούς.
(EL)
A striking characteristic of Systemic Lupus Erythematosus (SLE), the prototype systemic autoimmune disease, is that it features a substantially greater frequency in females than in males (female:male ratio ranging from 7:1 to 15:1). By contrast, males – although less frequently afflicted – tend to suffer from more severe disease.
We have recently completed a whole-blood RNA sequencing in SLE patients and matched healthy individuals in order to delineate the molecular basis of the disease. Further bioinformatics analysis was carried out to detect differentially expressed genes between the two genders in SLE versus healthy controls. A sex-biased molecular signature was unraveled, which was specifically associated with the disease. Among these genes, SMC1A (Structural Maintenance of Chromosomes 1A) exhibited the strongest gender bias with the greatest statistical significance. Specifically, SMC1A expression was significantly reduced in male SLE patients compared to female SLE patients and their healthy counterparts.
SMC1A encodes for a structural component of cohesin complex and participates in sister chromatid cohesion and gene regulation via chromatin architecture remodeling. Importantly, SMC1A is also implicated in DNA damage repair network as its phosphorylation constitutes a critical downstream event for cell survival and chromosomal stability after DNA damage. Notably, it has been recently demonstrated that SLE lymphocytes are less efficient in repairing DNA damage leading to increased cell apoptosis and additionally have increased levels of DNA double-strand breaks (DSBs).
Taking these into consideration, our aim was to delineate the role of deregulated SMC1Α in SLE susceptibility or severity and its potential implication in lupus sexual dimorphism by focusing on its role in DNA damage repair. SMC1A mRNA levels were found significantly reduced in purified CD4+ T lymphocytes from male SLE patients but they were also moderately reduced in female SLE patients. Additionally, SLE male CD4+ T cells appeared to have diminished phosphorylated SMC1A (pSMC1a) levels, in spite of increased levels of DSBs, compared to female SLE patients and their healthy counterparts.
These results indicate a gender-biased (i.e. reduced in males) SMC1A expression in SLE and imply a defective activity of this protein in repairing DNA damage of male lupus CD4+ T cells. Further delineating the role of SMC1A in SLE pathogenesis could improve our understanding of how DNA damage is associated with the disease. Finally, it could potentially lead to novel targets of treatment tailored for males and females.
(EN)
