New therapies based on HDL

Δράση: ΕΡΕΥΝΩ-ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ-ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ. Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ) (κωδικός έργου: T2ΕΔΚ-02361).

Action: RESEARCH - CREATE - INNOVATE. The project is co‐financed by the European Union and Greek national funds through the Operational Program Competitiveness, Entrepreneurship and Innovation (project code: T2EDK-02361).

ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΝΤΕΣ

1) Αγγελική Χρόνη (Συντονίστρια και Επιστημονικά Υπεύθυνη Έργου), ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΒΙΟΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ, ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ "ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ", ΑΘΗΝΑ

2) Δημήτρης Καρδάσης, ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ, ΙΔΡΥΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΕΡΕΥΝΑΣ, ΗΡΑΚΛΕΙΟ, ΚΡΗΤΗ

3) Πρόδρομος Σιδηρόπουλος, ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ, ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ, ΗΡΑΚΛΕΙΟ, ΚΡΗΤΗ

4) Παντελής Κωνσταντουλάκης, SCIENCE LABS ΙΔΙΩΤΙΚΟ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΑΤΡΙΚΗ Α.Ε, ΑΘΗΝΑ

PARTNERS

1) Angeliki Chroni (coordinator), INSTITUTE OF BIOSCIENCES AND APPLICATIONS, NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH "DEMOKRTOS", ATHENS

2) Dimitris Kardassis, INSTITUTE OF MOLECULAR BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, FOUNDATION FOR RESEARCH AND TECHNOLOGY, HERAKLEION, CRETE

3) Prodromos Sidiropoulos, SCHOOL OF MEDICINE, UNIVERSITY OF CRETE, HERAKLEION, CRETE

4) Pantelis Constantoulakis, SCIENCE LABS, ATHENS

Τίτλος πρότασης: Νέες θεραπείες που στοχεύουν στη βελτίωση των αθηροπροστατευτικών και ανοσοτροποποιητικών ιδιοτήτων της λιποπρωτεΐνης υψηλής πυκνότητας (HDL) για την αντιμετώπιση αυτοάνοσων και καρδιαγγειακών νοσημάτων

Proposal title: New therapies aiming to improve the atheroprotective and immunomodulatory properties of high density lipoprotein (HDL) for the treatment of autoimmune and cardiovascular diseases

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΕΡΓΟΥ

Η καρδιαγγειακή νόσος (ΚΑΝ) οφείλεται σε αθηροσκλήρωση του αρτηριακού τοιχώματος και αποτελεί την κύρια αιτία θανάτου παγκοσμίως. Βασικό χαρακτηριστικό της ΚΑΝ είναι η δυσλιπιδαιμία, αλλά και η χρόνια χαμηλής έντασης μεταβολική φλεγμονή. Η ΚΑΝ αποτελεί σημαντική αιτία νοσηρότητας και θνησιμότητας σε χρόνια συστηματικά αυτοάνοσα-φλεγμονώδη νοσήματα, όπως η ρευματοειδής αρθρίτιδα (ΡΑ), αλλά ο μηχανισμός αυξημένης ΚΑΝ δεν είναι απολύτως κατανοητός. Μελέτες δικές μας και άλλων ανέδειξαν τον σημαντικό ρόλο της φλεγμονής και της ενεργοποίησης του ανοσοποιητικού συστήματος στην εμφάνιση και εξέλιξη της αθηροσκλήρωσης στη ΡΑ, καθώς και σε αλλαγές στη λειτουργία της HDL. Η HDL, ένα μακρομοριακό σύμπλεγμα λιπιδίων/πρωτεϊνών, έχει σημαντικές αθηροπροστατευτικές λειτουργίες, όπως η απομάκρυνση περίσσειας χοληστερόλης από μακροφάγα στο αρτηριακό τοίχωμα, αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση. Παραδοσιακά, τα χαμηλά επίπεδα HDL στο πλάσμα θεωρούνται ανεξάρτητος παράγοντας κινδύνου για την ΚΑΝ. Ωστόσο νεότερες μελέτες έδειξαν ότι οι διαταραχές στη λειτουργία της HDL παίζουν σημαντικότερο ρόλο από τα επίπεδα της στην εμφάνιση ΚΑΝ. Σημαντικό ρόλο στις λειτουργίες της HDL έχουν τα πρωτεϊνικά και λιπιδικά συστατικά της. Παράλληλα, γενετικές μελέτες ανέδειξαν γονίδια που εμπλέκονται στην παθογένεση της φλεγμονής και της πρόωρης αθηροσκλήρωσης. Ενδιαφέρον είναι ότι η συσχέτιση HDL και φλεγμονής είναι αμφίδρομη. Μελέτες μας έδειξαν ότι η HDL ρυθμίζει τις αυτοάνοσες αποκρίσεις των Τ-κυττάρων σε ζωικά μοντέλα ΡΑ. Τα Τ-κύτταρα έχουν βρεθεί ότι ενεργοποιούν διαφορετικά μεταβολικά μονοπάτια σε ασθενείς με ΡΑ σε σχέση με υγιείς λόγω αυξημένων ενεργειακών αναγκών. Συνεπώς, οι καταστάσεις δυσλιπιδαιμίας, που συχνά παρατηρούνται σε αυτοάνοσα-φλεγμονώδη νοσήματα, θα μπορούσαν να μεταβάλλουν τον μεταβολισμό των ανοσοκυττάρων και να επηρεάσουν την εξέλιξη της νόσου. Οι στόχοι της παρούσας πρότασης είναι: A) Η μελέτη των αλλαγών της σύστασης και λειτουργίας της HDL σε ασθενείς με ΡΑ σε σύγκριση με υγιείς, η επίδραση της θεραπείας με ανοσοτροποποιητικά φάρμακα στη σύσταση/λειτουργία της HDL και η συσχέτιση διαταραγμένης σύστασης/λειτουργίας της HDL με παραλλαγές/πολυμορφισμούς σε γονίδια προδιάθεσης για φλεγμονή και επιταχυνόμενη αθηροσκλήρωση στους ασθενείς. Ο σκοπός είναι η κατανόηση του μηχανισμού για τον αυξημένο κίνδυνο KAN σε ασθενείς με ΡΑ, αλλά και η ανάπτυξη νέων βιοδεικτών για την εκτίμηση του καρδιαγγειακού κινδύνου και την παρακολούθηση θεραπευτικών παρεμβάσεων. Β) Η ανεύρεση νέων ενώσεων που βελτιώνουν την αθηροπροστατευτική δράση της HDL. Γ) Η προκλινική δοκιμή αυτών των ενώσεων, υπολιπιδαιμικών φαρμάκων, καθώς και χαρακτηρισμένων ενώσεων που ρυθμίζουν την ανοσοαπόκριση σε ζωικά μοντέλα ΡΑ. Δ) Η ανάδειξη διαταραχών του μεταβολισμού τωνανοσοκυττάρων στην παθογένεια της ΡΑ και της αθηρωμάτωσης, που θα οδηγήσει σε νέα γνώση για την ανάπτυξη θεραπειών αυτοάνοσων νοσημάτων μέσω της ρύθμισης του ανοσομεταβολισμού. Τελικός σκοπός είναι η ανάπτυξη νέων βιοδεικτών εκτίμησης καρδιαγγειακού κινδύνου, αλλά και νέων θεραπειών που θα βελτιώνουν τις αθηροπροστατευτικές και ανοσοτροποποιητικές ιδιότητες της HDL και θα οδηγούν στη μείωση του καρδιαγγειακού κινδύνου τόσο σε ασθενείς ρευματικών νοσημάτων όσο και σε ασθενείς με ΚΑΝ. Για τον σκοπό αυτό, έγινε η σύμπραξη τριών ερευνητικών ομάδων με κύρια και μακροχρόνια ερευνητική δραστηριότητα τη μελέτη της δομής, λειτουργίας, ρύθμισης και γενετικής της HDL καθώς και τη διερεύνηση της παθογένειας αυτοάνοσων ρευματικών νόσων και μιας εταιρείας παροχής εξειδικευμένων ιατρικών διαγνωστικών υπηρεσιών που δραστηριοποιείται στον τομέα των γενετικών και μοριακών αναλύσεων. Τα αποτελέσματα των μελετών πάνω στην ανάπτυξη νέων αναλύσεων-βιοδεικτών προδιάθεσης και εκτίμησης της εξέλιξης της αυτοανοσίας/φλεγμονής και αθηροσκλήρωσης θα τύχουν άμεσης εμπορικής εκμετάλλευσης από την εταιρεία.

PROPOSAL 

Cardiovascular disease (CVD), caused by atherosclerosis of the arterial wall, is the leading cause of death globally. A key feature of CVD is dyslipidemia, as well as chronic low-intensity metabolic inflammation. CVD is a major cause of morbidity and mortality in chronic systemic autoimmune-inflammatory diseases, such as rheumatoid arthritis (RA), but the mechanism for increased CVD risk in these diseases is not fully understood. Studies by us and others have highlighted the important role of inflammation and immune system activation in the development and progression of atherosclerosis in RA, as well as in changes of HDL functions. HDL, a macromolecular lipid/protein complex, has important anti-atherogenic functions, such as the removal of excess cholesterol from macrophages in the arterial wall, antioxidant and antiinflammatory functions. Traditionally, low plasma HDL levels are considered an independent risk factor for CVD. However, newer studies showed that the HDL functions play more important role for CVD than HDL levels. HDL protein and lipid components are involved in HDL atheroprotective functions. Additionally, genetic studies identified genes that are involved in the pathogenesis of inflammation and premature atherosclerosis. Interestingly, there is a two-way association between HDL and inflammation. Our previous studies showed that HDL regulates autoimmune T-cell responses in animal models of RA. Previous studies also showed that T-cells from RA patients have increased energy needs and therefore activate different metabolic pathways compared to T-cells from healthy controls. Consequently, dyslipidaemic conditions, which are often observed in patients with autoimmune-inflammatory diseases, could alter immune cells’ metabolism and affect the disease progression. The aims of the proposed project are: A) Τo examine the changes in composition and function of HDL in RA patients compared to healthy controls, the effect of treatment with immunomodulatory drugs on composition/functions of HDL, as well as the association of changes in HDL composition/functions with variants/polymorphisms in genes predisposing to inflammation and premature atherosclerosis. Our goal is to understand the mechanism for CVD in RA patients and to develop new biomarkers to assess the cardiovascular risk and monitor therapies in these patients. B) To identify new compounds that improve the atheroprotective functions of HDL. C) To perform preclinical evaluation of these compounds, known hypolipidemic drugs, as well as characterized compounds that modulate immune responses in animal models of RA. D) To highlight the role of disorders in immune cells metabolism in the pathogenesis of RA and atherosclerosis, in order to gain knowledge for the development of therapies for autoimmune diseases that will be based on immunometabolism’s regulation. The ultimate goal of the proposed studies is the development of new biomarkers to assess the cardiovascular risk as well as of new therapies that improve the atheroprotective and immunomodulatory properties of HDL, which will have beneficial effects on the reduction of cardiovascular risk in both rheumatic disease and CVD patients. For this purpose, a research consortium has been formed consisting of three academic teams with long-term research activity on the study of structure, function, regulation and genetics of HDL, as well as on the elucidation of the pathogenesis of autoimmune rheumatic diseases and a company providing specialized medical diagnostic services, active in the field of genetic and molecular analyses. Results of the proposed study focusing on the development of new biomarkers for the predisposition and the progression of autoimmunity/inflammation and atherosclerosis will be directly commercially exploited by the company.

ΤΕΛΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ

• Η αθηροπροστατευτική λειτουργία της HDL σε ασθενείς με ρευματοειδή αρθρίτιδα ή συστηματικό ερυθηματώδη λύκο μπορεί να βελτιωθεί μέσω συγκεκριμένων θεραπειών νεότερης γενιάς, περιορίζοντας πιθανώς την ανάπτυξη αθηροσκλήρωσης σε αυτούς τους ασθενείς.

• Από τη σάρωση βιβλιοθηκών φαρμακευτικών ενώσεων εγκεκριμένων από τον FDA (~1000 ενώσεις) εντοπίστηκε μία ένωση η οποία δρα in vitro ως ενεργοποιητής της PON1 και πιθανώς ενισχύει τις αθηροπροστατευτικές λειτουργίες της HDL. Τα αποτελέσματά αυτά υποδηλώνουν ότι υπάρχοντα φάρμακα θα μπορούσαν να ενισχύσουν τη δραστικότητα του αντιοξειδωτικού ενζύμου PON1 της HDL και ανοίγουν το δρόμο για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις για την αθηροσκλήρωση και την καρδιαγγειακή νόσο.

• Η χορήγηση αυτής της ένωσης σε πειραματικό μοντέλο ρευματοειδούς αρθρίτιδας οδήγησε σε βελτίωση τόσο της κλινικής εικόνας της αρθρίτιδας όσο και της δραστικότητας παραοξονάσης και αρυλεστεράσης της PON1. Λαμβάνοντας υπόψη τη συσχέτιση της δραστικότητας της PON1 με τον μειωμένο κίνδυνο ανάπτυξης καρδιαγγειακής νόσου, τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν τη θεραπευτική σημασία που θα μπορούσε να έχει η ένωση αυτή τόσο στη μείωση της φλεγμονής όσο και του καρδιαγγειακού κινδύνου σε ασθενείς με ρευματοειδή αρθρίτιδα.

• Από τη σάρωση της συλλογής φαρμάκων εντοπίστηκαν δύο ενώσεις που περιορίζουν τις διαταραχές στη δευτεροταγή δομή και σταθερότητα της αποΑ-Ι[L178P] (οι οποίες είχαν δειχθεί παλαιότερα από την ερευνητική μας ομάδα), χωρίς να επηρεάζουν τη δομή και σταθερότητα της  WT αποΑ-Ι. Η αποΑ-Ι[L178P]  είναι μια μεταλλαγμένη μορφή της αποΑ-Ι η οποία οδηγεί σε πρόωρη εμφάνιση στεφανιαίας νόσου. Επίσης, οι ενώσεις αυτές οδηγούν σε αποκατάσταση της ικανότητας της αποΑ-Ι[L178P] να προάγει εκροή χοληστερόλης μέσω του μεταφορέα χοληστερόλης ABCA1 από μακροφάγα, που αποτελεί μια σημαντική διαδικασία για την αθηροπροστασία. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι μικρά μόρια μπορούν να διορθώσουν διαταραχές στη δομή και λειτουργία της αποA-I και κατόπιν βελτιστοποίησης του χημικού τους τύπου θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις για τις δυσλιπιδαιμίες που σχετίζονται με την αποA-I και τον αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο.

• Από τις μελέτες που έγιναν σε πειραματικά μοντέλα δυσλιπιδαιμιών ευρέθη ότι τα υψηλά επίπεδα της LDL χοληστερόλης και τα υψηλά επίπεδα των τριγλυκεριδίων σε συνδυασμό με τα χαμηλά επίπεδα της HDL χοληστερόλης (η οποία είχε δειχθεί παλαιότερα από την ερευνητική μας ομάδα να προστατεύει από την ρευματοειδή αρθρίτιδα) είχαν επιβαρυντικό ρόλο στην παθογένεση της αρθρίτιδας που προκλήθηκε ως απόκριση σε αντιγόνο. Τα αποτελέσματα αυτά είναι σε συμφωνία με ευρήματα σε άτομα με ρευματοειδή αρθρίτιδα και δυσλιπιδαιμίες όπου τα αυξημένα τριγλυκερίδια σε συνδυασμό με χαμηλά επίπεδα της λιποπρωτεΐνης HDL σχετίζονται με την ενίσχυση της συστηματικής φλεγμονής και με περιορισμένη απάντηση σε αντι-TNFα θεραπεία. Επίσης, ευρέθη ότι οι δυσλιπιδαιμίες των ποντικών είχαν αρνητική επίδραση στην λειτουργικότητα της HDL.

• Τα ευρήματα από τις μελέτες χορήγησης υπολιπιδαιμικών φαρμάκων στους ποντικούς με τις δυσλιπιδαιμίες έδειξαν ότι η χορήγηση φιμπρατών και σιμβαστατίνης οδήγησε σε ηπιότερο φαινότυπο αντιγονο-επαγόμενης ρευματοειδούς αρθρίτιδας σε σύγκριση με ποντικούς που δεν έλαβαν την αγωγή. Συγκεντρωτικά, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν την δυσλιπιδαιμία ως έναν σημαντικό παράγοντα κίνδυνου για την εμφάνιση της ρευματοειδούς αρθρίτιδας και ότι υπολιπιδαιμική αγωγή θα μπορούσε να χορηγηθεί προληπτικά σε άτομα με αυξημένο κίνδυνο ανάπτυξης ρευματοειδούς αρθρίτιδας λόγω δυσλιπιδαιμίας ή θεραπευτικά σε άτομα με εγκαθιδρυμένη δυσλιπιδαιμία και ρευματοειδούς αρθρίτιδας.