Studium vybraných mediátorů zánětlivých a fibrotizačních procesů u pacientů s difúzními plicními nemocemi

Ing. Regina FILLEROVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Sarkoidóza a idiopatická plicní fibróza (IPF-UIP) patří mezi nejčastější difúzní plicní onemocnění. Etiopatogeneze těchto nemocí je velmi komplexní a není dosud zcela objasněna. K pochopení etiopatogeneze může významně přispět genové i proteinové expresní profilování, které může pomoci určit klíčové molekuly, které se na rozvoji těchto onemocnění podílejí. Disertační práce je zaměřena na studium vybraných mediátorů zánětlivých a fibrotizačních procesů u sarkoidózy a IPF-UIP s využitím nejmodernějších molekulárně biologických a proteomických metod. Kromě identifikace vhodných referenčních genů pro normalizaci expresního profilování v buňkách bronchoalveolární laváže (BAL) jsme studovali příspěvek klíčového Th1 transkripčního faktoru, molekul podílejících se na Th17 imunitní odpovědi, cytokin/chemokinovou síť a její transkripční a post-trankripční regulaci a funkční dopad polymorfismu v genu pro annexin 11 (rs1049550, ANXA11). Současně jsme hledali vhodné biomarkery pro prognózování a sledování léčebné odpovědi, a to v séru i BAL tekutině pacientů se sarkoidózou i IPF. Prioritním výsledkem našeho výzkumu bylo nejen prokázání zvýšené exprese Th1 transkripčního faktoru T-bet u sarkoidózy, ale také korelace exprese tohoto transkripčního faktoru T-bet s expresí IFNG a CXCR3 a dalších klíčových molekul účastnících se patogeneze onemocnění. U progredující sarkoidózy byla zjištěna zvýšená exprese transkripčního faktoru STAT-3, který je klíčovým regulátorem Th17 imunitní odpovědi. Imunohistochemie lokalizovala STAT3 a IL-17 protein v alveolárních makrofázích, a také v tkáňových histiocytech, lymfocytech, a to zejména u pacientů s progresí onemocnění během dvou let sledování. Prioritně byl popsán mikroRNA profil v BAL buňkách u sarkoidózy, který zatím ve světovém písemnictví nebyl publikován. Dále jsme charakterizovali komplexní cytokin/chemokinovou síť u sarkoidózy, včetně klíčové role transkripčního faktoru T-bet a "fine tuning" pomocí mikroRNA v její regulaci. Proteinové analýzy v séru a BAL tekutině identifikovaly řadu nových, dosud nepopsaných proteinů u sarkoidózy a IPF-UIP, včetně kandidátních proteinů vhodných pro prognózování a sledování léčebné odpovědi u těchto nemocí. Naše studie u sarkoidózy dále potvrdila, že nosiči ochranné alely rs1049550*T v genu ANXA11 nemají postižení plicního parenchymu a tvoří menší granulomy ve srovnání s nenosiči této alely. Získaná data podporují klíčovou roli Th1 a Th17 imunitní odpovědi v etiopatogenezi sarkoidózy, včetně příspěvku Th1 trankripčního faktoru na regulaci cytokin/chemokinové sítě. Prokázali jsme také funkční dopad polymorfismu rs1049550 v genu ANXA11 na tvorbu granulomů u sarkoidózy. Výsledky této práce mohou přispět k pochopení mechanismu zánětlivých a profibrotizačních procesů u pacientů s difúzními plicními onemocněními, a vrhnout tak světlo na příčiny vzniku a průběh těchto onemocnění a případně položit základy pro terapeutické využití.

Abstract:

Sarcoidosis and idiopathic pulmonary fibrosis (IPF-UIP) are two common forms of interstitial lung disease. Etiopathogenesis of these diseases is very complex and not yet fully elucidated. The understanding of disease-associated gene and protein expression profiles may substantially help to identify key molecules contributing to the pathogenesis of sarcoidosis and IPF. This work is focused on the study of selected mediators of inflammatory and fibrotic processes in sarcoidosis and IPF using the latest molecular biological and proteomic methods. Besides the identification of suitable reference genes for the normalization of the expression profiling in bronchoalveolar lavage (BAL) cells, we studied the contribution of key Th1 transcription factor, molecules involved in Th17 immune response, cytokine/chemokine network and its transcriptional and post-transcriptional regulation, and functional impact of polymorphism in annexin 11 gene (rs1049550, ANXA11). At the same time, we were looking for useful biomarkers for predicting and monitoring treatment response in serum and BAL fluid of patients with sarcoidosis and IPF. The primary result of our research was not only demonstration of increased expression of Th1 transcription factor T-bet in sarcoidosis but also the correlation of expression of this transcription factor with INFG and CXCR3 expression, and with other key molecules involved in the pathogenesis of the disease. In progressive sarcoidosis, increased expression of the transcription factor STAT-3, which is a key regulator of Th17 immune response, was reported. Immunohistochemistry localized STAT-3 and IL-17 proteins in alveolar macrophages as well as in tissue histiocytes and lymphocytes, particularly in patients with progressing disease. Importantly, we described the microRNA profile in BAL cells in sarcoidosis, which has not been published yet. Furthermore, we characterized the complex cytokine/chemokine network in sarcoidosis, including the key role of the transcription factor T-bet in its regulation and microRNAs in its "fine tuning". Protein analysis in serum and BAL fluid identified a number of novel proteins in sarcoidosis and IPF, not previosly reported in these diseases, including candidate proteins useful for prediction of disease development and monitoring the response to therapy in these diseases. In sarcoidosis, our study further confirmed that the carriers of protective ANXA11 rs1049550*T allele did not displayed impaired lung parenchyma and formed smaller and less granulomas compared to non-carriers of this protective allele. Obtained data support the crucial role of Th1 and Th17 immune responses in etiopathogenesis of sarcoidosis, including the contribution of Th1 transcription factor in the regulation of cytokine/chemokine network. We also demonstrated the functional impact of polymorphism ANXA11 rs1049550 on granuloma formation in sarcoidosis. The results of this study may help to understand the mechanism of inflammatory and profibrotic processes in patients with diffuse lung diseases, and thus shed light on the causes and course of the disease and possibly be used in therapy.

Keywords

sarkoidóza, genová exprese, idiopatická plicní fibróza, intersticiální plicní nemoci

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 19. 6. 2017

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Immunology / Medical Immunology