Geny kontrolující cirkadiánní rytmicitu a zánět v patofyziologii kardiovaskulárního systému

Mgr. Jolana Lipková, Ph.D.

Doctoral thesis

Genes for circadian rhythmicity and inflammation in patophysiology of cardiovascular system

Abstract:

V patofyziologii kardiovaskulárních onemocnění hraje důležitou roli nejen kvantita a kvalita působků, ale rovněž jejich cirkadiánní aktivita. Cílem předkládané práce byla charakterizace proteinů a genů pro cirkadiánní rytmicitu (Clock geny) a zánět (chemokiny, interleukiny) u vybraných skupin pacientů: akutní infarkt myokardu, akutní srdeční selhání, chronické srdeční selhání, kardiogenní šok, septický šok. Disertační práce je koncipovaná jako komentovaný soubor 5 prací autorky (4 originální publikace v anglickém jazyce a 1 souhrnná práce v češtině). Jedná se jak o soubor asociačních studií typu „případ-kontroly“ („case-control“), tak o hodnocení vztahu vybraných parametrů se závažností sledovaného onemocnění. Metodicky je práce založena na detekci polymorfizmů pomocí polymerázové řetězové reakce (PCR) a kvantifikaci proteinů metodou ELISA.S využitím chronobiologické analýzy byla prokázána rozdílná cirkadiánní distribuce doby začátku potíží u akutního infarktu myokardu, a to především u mužů. Jedinci homozygotní pro VNTR variantu Period3 (5/5), která determinuje ranní chronotyp, nevykazovali výraznou denní rytmicitu doby začátku potíží. Navíc byl genotyp Period3 (5/5) signifikantně asociován se zvýšenou hladinou plazmatického IL-6 a BNP a sníženou hladinou vitamínu A. Výsledky „case-control“ studie neukázaly žádné rozdíly v genotypové distribuci a frekvenci alel Per3 VNTR u skupiny pacientů s akutním infarktem myokardu, ani s chronickým srdečním selháním v porovnání s kontrolními subjekty. V rámci hodnocení markerů zánětu byla prokázána signifikantní asociace promotorového polymorfizmu -403 G/A v genu pro chemokin RANTES se zvýšeným rizikem rozvoje akutního srdečního selhání (p = 0,006) a nižší ejekční frakcí měřenou 3 měsíce po rozvoji akutního infarktu myokardu (p = 0,02). Sérové hladiny RANTES byly signifikantně asociovány s akutním srdečním selháním (p = 0,003) a potvrzeny korelací s markery srdečního selhání BNP (p = 0,001) a NTproBNP (p = 0,009). Rovněž byl pozorován klesající trend sérových hladin RANTES v závislosti na závažnosti onemocnění, a to s nejnižšími hodnotami u skupiny pacientů s kardiogenním šokem. S ohledem na kvantifikaci dalšího z působků zánětu - sST2 jsme prokázali vyšší hladiny u skupiny pacientů se septickým šokem a kardiogenním šokem v hospitalizační fázi. Nejvyšší hladiny byly detekovány u pacientů se septickým šokem. U skupiny pacientů s kardiogenním šokem byly hladiny sST2 asociovány s hodnotami BNP (p = 0,05) a NTproBNP (p = 0,019).Naše výsledky prokázaly zřetelný cirkadiánní charakter doby začátku potíží akutního infarktu myokardu a významný vliv Clock genů včetně jejich vztahu k zánětlivé reakci. V kontextu markerů zánětu jsme potvrdili RANTES a sST2 jako potenciální biomarkery kardiogenního šoku a septického šoku.

Abstract:

Quantity and quality of mediators as well as their circadian activity play important role in the pathophysiology of cardiovascular disease. The aim of the thesis was to characterize proteins and genes for circadian rhythmicity (Clock genes) and inflammation (chemokines, interleukins) in distinct patient groups: acute myocardial infarction, acute heart failure, chronic heart failure, cardiogenic and septic shock.This thesis comprises an annotated set of five studies (4 original articles in English and one review in Czech). The research is designed as a case-control study and the evaluation of selected parameters related to the severity of disease. Studies are based on polymorphism detection using PCR and quantification of proteins by ELISA.By using chronobiological analysis, we observed different circadian distribution patterns of acute myocardial infarction onset, especially in men. Period3 (5/5) variant carriers, which determines morning chronotype, shows reduced circadian activity of onset time. Moreover, Per3 (5/5) genotype was significantly associated with higher levels of IL-6, BNP and lower vitamin A. No significant differences in genotype and/or allele frequencies of Per3 VNTR polymorphism in the group of patients with acute myocardial infarction and chronic heart failure in comparison to healthy controls was found. Evaluation of inflammation markers demonstrated significant association of RANTES promoter polymorphism -403 G/A with increased risk of acute heart failure (p = 0.006), and lower ejection fraction three months after acute myocardial infarction onset (p = 0.02). Serum levels of RANTES were significantly associated with acute heart failure (p = 0.003) and confirmed by correlation with markers of cardiac failure BNP (p = 0.001) and NTproBNP (p = 0.009). Furthermore, we observed a decreasing tendency of RANTES serum levels with the severity of the disease, with the lowest levels in patients with cardiogenic shock. With respect to quantification of additional mediators of inflammation - sST2 we have demonstrated higher levels in the group of patients with septic shock and cardiogenic shock at the time of admission. The highest levels were detected in patients with septic shock. In the group of patients with cardiogenic shock sST2 levels were associated with BNP (p = 0,05) and NTproBNP (p = 0,019). Our results demonstrate a remarkable circadian character of acute myocardial infarction onset time, and a significant impact of Clock genes, including their relationship to the inflammatory response. Considering inflammation markers, we confirmed RANTES and sST2 as potential biomarkers of cardiogenic shock and septic shock.

Keywords

Cirkadiánní rytmicita, Clock geny, chronotyp, kardiovaskulární nemoci, zánět, cytokiny, biomarkery

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 8. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 9. 11. 2015
• Supervisor: doc. RNDr. Monika Pávková Goldbergová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Physiology and Pathological Physiology (4-years) / Physiology and Pathological Physiology