Screening of novel therapeutic targets and risk alleles for cardiac disorders
Heliste, Juho (2020-11-27)
Screening of novel therapeutic targets and risk alleles for cardiac disorders
(27.11.2020)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8227-1
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8227-1
Tiivistelmä
Ischemic heart disease is the leading cause of death globally, even though the prognosis of the disease has improved with advancing treatments. One particular phenomenon which could be treated more effectively is ischemia-reperfusion injury. While reperfusion, the return of blood flow to the heart after infarction, is necessary for the functionality of the heart, it is a stress itself and contributes to the myocardial damage. Ischemia-reperfusion injury could be prevented pharmacologically, and novel targets for this are needed.
Heart failure is a life-threatening disorder with high death rates within years from its diagnosis. In addition to acquired causes, there is a strong heritable component to its risk. Only a few of genetic variants attributing to the risk are well characterized.
This thesis aimed to identify novel therapeutic targets for ischemic heart disease, especially ischemia-reperfusion injury, and genetic markers associated with risk of heart failure. Large-scale screenings on cell and tissue samples, as well as genome¬wide screening on human genetic data from the FINRISK study cohort, were carried out. First, the family of receptor tyrosine kinases (RTK), a family of cell surface receptors involved in cellular survival and proliferation, was assessed in the context of ischemia-reperfusion injury. A member of the family, ROR1, was detected as a potential candidate for therapeutic targeting. In the second study, an unbiased screen exploiting a combination of drug and shRNA libraries identified another member of RTK family, EGFR, as a putative therapeutic target for ischemia-reperfusion. Gefitinib, an EGFR tyrosine kinase inhibitor clinically used as a cancer drug, was identified as a candidate for drug repurposing. The genetic association study on the FINRISK population identified an E140K variant of the TRIM55 gene to be associated with heart failure. TRIM55 E140K was also shown to negatively affect cardiomyocyte-specific functions in vitro and in vivo.
Altogether, the findings demonstrate that novel candidates for therapeutic targets and genetic markers for cardiac disorders can be effectively identified by preclinical and genetic screening methods. ROR1 and EGFR were identified as potential targets for treatment of ischemia-reperfusion injury, and TRIM55 E140K as a genetic marker potentially modifying the risk for heart failure. Sydänsairauksien uusien lääkevaikutuskohteiden ja riskialleelien seulonta
Iskeeminen sydänsairaus on maailmanlaajuisesti yleisin kuolinsyy. Vaikka taudin hoidossa on edistytty, siihen liittyy yhä merkittävää sairastavuutta ja kuolleisuutta. Iskemia-reperfuusiovaurio on tautiin liittyvä alihoidettu ilmiö. Reperfuusio eli verenkierron palautuminen sydämeen infarktin jälkeen on tarpeellista sydämen toimintakyvyn palautumiselle, mutta se on itsessään stressitekijä, joka tekee lisänsä sydänlihasvaurioon. Vauriota voidaan estää lääkehoitojen avulla, ja uusien lääkevaikutuskohteiden tunnistaminen tähän tarkoitukseen on tarpeen.
Sydämen vajaatoiminta on hengenvaarallinen sairaus, joka johtaa usein kuolemaan jo muutamassa vuodessa. Hankinnaisten syiden lisäksi perinnölliset tekijät vaikuttavat vahvasti sen riskiin. Kuitenkin vain kourallinen riskiä lisääviä geneettisiä variantteja on kuvattu tarkasti.
Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tunnistaa uusia lääkevaikutuskohteita iskeemisen sydänsairauden, etenkin iskemia-reperfuusiovaurion, hoitoon, ja sydämen vajaatoiminnan riskiin liittyviä geneettisiä tekijöitä. Työssä hyödynnettiin seulontoja solu-ja kudosnäytteillä ja toteutettiin genominlaajuinen seulonta FINRISKI-tutkimuksen geenidatasta. Seuloimme iskemia-reperfuusiovaurioon liittyen reseptorityrosiinikinaasien (RTK) perhettä. RTK-perhe koostuu solunpinnan reseptoreista, jotka säätelevät solujen selviytymistä ja jakautumista. Perheen jäsen ROR1 tunnistettiin lupaavana vaurion hoitokohteena. Toisessa osatyössä tunnistettiin lääkeaine-ja shRNA-kirjastoja hyödyntävän seulonnan avulla toinen RTK-perheen jäsen, EGFR, mahdollisena lääkehoitokohteena. EGFR:ää estävä syöpälääke, tyrosiinikinaasi-inhibiittori gefitinibi, tunnistettiin potentiaalisena lääkkeenä, joka voidaan uudelleenkohdistaa iskemia-reperfuusiovaurion hoitoon. FINRISKI-aineiston geneettisessä assosiaatiotutkimuksessa havaittiin TRIM55¬geenin E140K-variantin liittyvän sydämen vajaatoiminnan riskiin. Variantin osoitettiin vaikuttavan negatiivisesti sydänsolujen toimintaan in vivo ja in vitro.
Uusia lääkehoitokohteita ja geenitekijöitä voidaan tehokkaasti löytää prekliinisten ja geneettisten seulontametodien avulla. ROR1 ja EGFR tunnistettiin lupaavina iskemia-reperfuusiovaurion lääkehoitokohteina, ja TRIM55 E140K sydämen vajaatoiminnan riskiin vaikuttavana geneettisenä tekijänä.
Heart failure is a life-threatening disorder with high death rates within years from its diagnosis. In addition to acquired causes, there is a strong heritable component to its risk. Only a few of genetic variants attributing to the risk are well characterized.
This thesis aimed to identify novel therapeutic targets for ischemic heart disease, especially ischemia-reperfusion injury, and genetic markers associated with risk of heart failure. Large-scale screenings on cell and tissue samples, as well as genome¬wide screening on human genetic data from the FINRISK study cohort, were carried out. First, the family of receptor tyrosine kinases (RTK), a family of cell surface receptors involved in cellular survival and proliferation, was assessed in the context of ischemia-reperfusion injury. A member of the family, ROR1, was detected as a potential candidate for therapeutic targeting. In the second study, an unbiased screen exploiting a combination of drug and shRNA libraries identified another member of RTK family, EGFR, as a putative therapeutic target for ischemia-reperfusion. Gefitinib, an EGFR tyrosine kinase inhibitor clinically used as a cancer drug, was identified as a candidate for drug repurposing. The genetic association study on the FINRISK population identified an E140K variant of the TRIM55 gene to be associated with heart failure. TRIM55 E140K was also shown to negatively affect cardiomyocyte-specific functions in vitro and in vivo.
Altogether, the findings demonstrate that novel candidates for therapeutic targets and genetic markers for cardiac disorders can be effectively identified by preclinical and genetic screening methods. ROR1 and EGFR were identified as potential targets for treatment of ischemia-reperfusion injury, and TRIM55 E140K as a genetic marker potentially modifying the risk for heart failure.
Iskeeminen sydänsairaus on maailmanlaajuisesti yleisin kuolinsyy. Vaikka taudin hoidossa on edistytty, siihen liittyy yhä merkittävää sairastavuutta ja kuolleisuutta. Iskemia-reperfuusiovaurio on tautiin liittyvä alihoidettu ilmiö. Reperfuusio eli verenkierron palautuminen sydämeen infarktin jälkeen on tarpeellista sydämen toimintakyvyn palautumiselle, mutta se on itsessään stressitekijä, joka tekee lisänsä sydänlihasvaurioon. Vauriota voidaan estää lääkehoitojen avulla, ja uusien lääkevaikutuskohteiden tunnistaminen tähän tarkoitukseen on tarpeen.
Sydämen vajaatoiminta on hengenvaarallinen sairaus, joka johtaa usein kuolemaan jo muutamassa vuodessa. Hankinnaisten syiden lisäksi perinnölliset tekijät vaikuttavat vahvasti sen riskiin. Kuitenkin vain kourallinen riskiä lisääviä geneettisiä variantteja on kuvattu tarkasti.
Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tunnistaa uusia lääkevaikutuskohteita iskeemisen sydänsairauden, etenkin iskemia-reperfuusiovaurion, hoitoon, ja sydämen vajaatoiminnan riskiin liittyviä geneettisiä tekijöitä. Työssä hyödynnettiin seulontoja solu-ja kudosnäytteillä ja toteutettiin genominlaajuinen seulonta FINRISKI-tutkimuksen geenidatasta. Seuloimme iskemia-reperfuusiovaurioon liittyen reseptorityrosiinikinaasien (RTK) perhettä. RTK-perhe koostuu solunpinnan reseptoreista, jotka säätelevät solujen selviytymistä ja jakautumista. Perheen jäsen ROR1 tunnistettiin lupaavana vaurion hoitokohteena. Toisessa osatyössä tunnistettiin lääkeaine-ja shRNA-kirjastoja hyödyntävän seulonnan avulla toinen RTK-perheen jäsen, EGFR, mahdollisena lääkehoitokohteena. EGFR:ää estävä syöpälääke, tyrosiinikinaasi-inhibiittori gefitinibi, tunnistettiin potentiaalisena lääkkeenä, joka voidaan uudelleenkohdistaa iskemia-reperfuusiovaurion hoitoon. FINRISKI-aineiston geneettisessä assosiaatiotutkimuksessa havaittiin TRIM55¬geenin E140K-variantin liittyvän sydämen vajaatoiminnan riskiin. Variantin osoitettiin vaikuttavan negatiivisesti sydänsolujen toimintaan in vivo ja in vitro.
Uusia lääkehoitokohteita ja geenitekijöitä voidaan tehokkaasti löytää prekliinisten ja geneettisten seulontametodien avulla. ROR1 ja EGFR tunnistettiin lupaavina iskemia-reperfuusiovaurion lääkehoitokohteina, ja TRIM55 E140K sydämen vajaatoiminnan riskiin vaikuttavana geneettisenä tekijänä.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2888]