Το Πολλαπλό Μυέλωμα είναι η δεύτερη πιο κοινή αιματολογική κακοήθεια και
αντιπροσωπεύει το 13% των αιματολογικών κακοηθειών. Αν και η διαχείριση της νόσου και δη,
η ολική επιβίωση των ασθενών έχει βελτιωθεί σημαντικά, με ποικίλες θεραπευτικές προσεγγίσεις
να είναι πλέον διαθέσιμες, ενυπάρχει σημαντική ετερογένεια που δυσχεραίνει την επιλογή της
κατάλληλης θεραπείας στον κατάλληλο ασθενή, υπό το πρίσμα της ελάχιστης υπολειπόμενης
νόσου, της συχνά εμφανιζόμενης υποτροπής, αλλά κα της αντίστασης στη θεραπεία.
Η παρούσα εργασία εστιάζει στον μεταβολικό αναπρογραμματισμό στο ΠΜ, μέσω
μεταβολομικής ανάλυσης των εξωσωμάτων, διερευνώντας, παράλληλα, τον ρόλο των
εξωσωμάτων ως υποψήφιοι μεταφραστικοί βιοδείκτες. Τα εξωσώματα χαρακτηρίζονται ποιοτικά
και ποσοτικά, εφαρμόζοντας υπολογιστικές και εργαστηριακές προσεγγίσεις και αποδίδεται
έμφαση στους μεταβολίτες που εμπεριέχουν, αναφορικά με τις ομάδες ασθενών υπό μελέτη, βάσει
της διήθησης του ΜΟ από μυελωματικά κύτταρα (υψηλή, μεσαία και χαμηλή διήθηση). Η
υπόθεση εργασίας μας βασίζεται στην προϋπόθεση πως οι μεταβολίτες που εμπεριέχονται στα
εξωσώματα αντικατοπτρίζουν τον μεταβότυπο των κυττάρων από τα οποία προέρχονται, καθώς
τα εξωσώματα διαμεσολαβούν την διακυτταρική επικοινωνία. Αν και το φαινόμενο Warburg έχει
μελετηθεί εκτενώς, παραμένει το ερώτημα αν αποτελεί φαινόμενο ή επιφαινόμενο, καθώς και
ποιος είναι ο λειτουργικός του ρόλος στο ΠΜ: υπάρχουν, λοιπόν, μεταβότυποι, χαρακτηριστικοί
του διαφορετικού βαθμού διήθησης του ΜΟ από μυελωματικά κύτταρα (υψηλή, μεσαία και
χαμηλή διήθηση); Στην παρούσα εργασία διερευνάται η απόδειξη/ εφικτότητα της ιδέας (proof of concept).
Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκαν για πρώτη φορά μη στοχευμένες
και στοχευμένες μεταβολομικές αναλύσεις σε ομάδες ασθενών με διαφορετική διήθηση του ΜΟ
από μυελωματικά κύτταρα σε α) εξωσώματα πλάσματος του ΜΟ, β) εμπύρηνα κύτταρα του ΜΟ
και γ) εμπύρηνα κύτταρα πλάσματος περιφερικού αίματος (ενώ τα δεδομένα αναλύθηκαν και υπό
το πρίσμα δεδομένων μεταβολομικής στο πλάσμα του ΜΟ, το πλάσμα περιφερικού αίματος,
καθώς και σε εμπύρηνα κύτταρα του ΜΟ και του περιφερικού αίματος στους ίδιους ασθενείς). Τα
ευρήματά μας υποδεικνύουν τον μεταβότυπο [πυροκατεχόλη/ Ν4-Ακετυλοκυτιδίνη/ δυνορφίνη Α
(6-8)] στα εξωσώματα πλάσματος του ΜΟ, ικανό να διαχωρίσει τις ομάδες ασθενών με υψηλή
διήθηση στον ΜΟ έναντι της ομάδας ασθενών με χαμηλή διήθηση στον ΜΟ. Επιπρόσθετα, τα
αποτελέσματά μας αναδεικνύουν μεταβότυπους, που αφορούν στα εμπύρηνα κύτταρα του ΜΟ
ή/και του περιφερικού αίματος και διαχωρίζουν τις λοιπές ομάδες ελέγχου. Σημαντικά,
μεταβολίτες που προτείνονται, στην παρούσα μελέτη, επικυρώθηκαν και σε δημόσια διαθέσιμα
δεδομένα (τη μόνη αντίστοιχη μελέτη με τίτλο «Identifying metabolic adaptations characteristic
of multiple myeloma cells via mass spectrometry-based metabolite profiling from Peripheral
Plasma» και κωδικό «ST000787» που έλαβε χώρα στην Mayo Clinic και υποβλήθηκε το 2017 στο
Metabolomics Workbench). Αν και ο σχεδιασμός, η μεθοδολογία, αλλά και ο σκοπός των δύο
εργασιών είναι αρκετά διαφορετικός, μεταβολίτες που ταυτοποιούνται και υποδεικνύονται στην
εργασία ενυπάρχουν και στη μελέτη «ST000787». Πρωτεύοντα μεταβολικά μονοπάτια στα
εμπύρηνα κύτταρα περιλαμβάνουν τον μεταβολισμό της πυριμιδίνης, των πουρινών, των
αμινοξέων, του αζώτου, καθώς και την γλυκόλυηση, τον κύκλο του κιτρικού οξέος και τον κύκλο
της ουρίας. Αναφορικά με τα εξωσώματα, υποδεικνύεται ο μεταβολισμός των πουρινών, ο
μεταβολισμός των αμινοξέων, ο κύκλος του κιτρικού οξέος και ο κύκλος της ουρίας.
Με βάση τα δεδομένα της εργασίας, η απόδειξη/ εφικτότητα της ιδέας (proof of concept)
επιβεβαιώνεται: υπάρχουν, μεταβότυποι, χαρακτηριστικοί του διαφορετικού βαθμού διήθησης
του ΜΟ από μυελωματικά κύτταρα (υψηλή, μεσαία και χαμηλή διήθηση). Φυσικά, χρειάζεται
περαιτέρω διερεύνηση του μεταβολικού φορτίου των εξωσωμάτων, τόσο σε ασθενείς με ΠΜ,
αλλά και σε ασθενείς με MGUS, SMM και ΕΜΜ, προς μια πιο ολιστική ερμηνεία του
μεταβολικού αναπρογραμματισμού στο ΠΜ ή/και χαρτογράφηση του ρόλου των εξωσωμάτων,
ιδανικά σε συνδυασμό με την ελάχιστη υπολειπόμενη νόσο. Τα παραπάνω είναι ιδιάζουσας
σημασίας, σήμερα, υπό το πρίσμα της υγρής βιοψίας και της μεταφραστικής ιατρικής ακριβείας
(«translational precision medicine»)
(EL)
Multiple Myeloma is the second most common hematologic malignancy, representing 13%
of hematologic malignancies. Although disease management and overall survival have
significantly improved by the various therapeutic approaches now available, there is significant
heterogeneity that complicates the selection of the appropriate treatment for the right patient,
especially considering minimal residual disease, frequent relapse, and resistance to treatment.
Herein, we focus on the metabolic reprogramming in Multiple Myeloma (MM) via the
metabolomic analysis of exosomes, while also investigating the role of exosomes as potential
translational biomarkers. Exosomes are characterized qualitatively and quantitatively, using
computational and laboratory approaches, with an emphasis on the metabolites they contain, in
relation to patient groups under study, based on the bone marrow infiltration of myeloma cells
(high, medium, and low infiltration). Our hypothesis is based on the premise that the metabolites
contained in exosomes reflect the metabolotype of the cells from which they originate, as
exosomes mediate intercellular communication. Although the Warburg effect has been extensively
studied, the question remains whether it is a phenomenon or an epiphenomenon, and what its
functional role in MM is: are there metabotypes characteristic of the different degrees of myeloma
cell infiltration in the bone marrow (high, medium, and low infiltration)? This work explores the
proof of concept.
For the first time, untargeted and targeted metabolomic analyses were performed on patient
groups with bone marrow infiltration of myeloma cells exploring a) bone marrow plasma
exosomes, b) bone marrow nucleated cells, and c) peripheral blood nucleated cells (while data
were also analyzed in the context of metabolomic data in bone marrow plasma, peripheral blood
plasma, as well as in bone marrow and peripheral blood nucleated cells of the same patients). Our
findings indicate the metabotype [pyrocatechol/ N4-Acetylcytidine/ Dynorphin A (6-8)] in bone
marrow plasma exosomes, capable of distinguishing the patient groups with high bone marrow
infiltration from those with low bone marrow infiltration. Additionally, our results highlight
metabotypes related to bone marrow and/or peripheral blood nucleated cells that differentiate
patient groups. Of note, the metabolites reported herein were validated further with publicly
available data (the only available study entitled "Identifying metabolic adaptations characteristic
of multiple myeloma cells via mass spectrometry-based metabolite profiling from Peripheral
Plasma" and study ID "ST000787" conducted at the Mayo Clinic and submitted in 2017 to the
Metabolomics Workbench). Although the design, methodology, and rationale of the two studies
are quite different, metabolites identified and indicated in this work are also present in study ID
"ST000787." Primary metabolic pathways in nucleated cells include pyrimidine metabolism,
purine metabolism, amino acid metabolism, nitrogen metabolism, as well as glycolysis, the citric
acid cycle, and the urea cycle. Exosomal metabolic pathways of key interest include purine
metabolism, amino acid metabolism as well as the citric acid cycle and the urea cycle.
Our findings confirm our proof of concept: there are metabotypes characteristic of the
different degrees of myeloma cell infiltration in the bone marrow (high, medium, and low
infiltration). Of course, further investigation of the metabolic load of exosomes is needed, both in
MM patients and in patients with MGUS, SMM, and EMM, towards a more holistic interpretation
of metabolic reprogramming in MM and/or mapping the role of exosomes, ideally in combination
with minimal residual disease. The above are of particular importance today, in the context of
liquid biopsy and translational precision medicine.
(EN)
/aggregator-openarchives/portal/institutions/uoa
