Μοριακοί μηχανισμοί ελέγχου της μετάδοσης του σήματος της αυξητικής ορμόνης σε παιδιά με σοβαρή ανεπάρκεια στην αύξηση

Abstract

We have previously described a new disorder (GHTD) in 4 children with growth delay, normal provoked and spontaneous GH secretion, and low IGF-I concentrations but normal IGF-I generation test results who have a defect in the phosphorylation of the signal transducer and activator of transcription STAT-3. These children respond with a significant increase in their growth velocity after administration of hGH. CIS proteins are inhibitors of the GH signal transduction pathway, by distinct mechanisms: by competition with STATs for common tyrosine-binding sites on the cytoplasmic tail of GHR or by a proteasome-dependent mechanism. Monoubiquitinated form of CIS protein was observed in 2 GHTD patients. Also STAT3 phosphorylation defect could be overcomed by using an alternative pathway the one of Epidermal Growth factor (EGF). Also in one patient its STAT3 defect was overcomed when he entered puberty, sex steroids may enhanced his growth. Objective: The purpose of the study was the characterization of the molecular mechanisms involved in GH signal transduction pathway in GHTD patients, as a possible cause of an increased expression of its inhibitors. Also to search if there is a possible crosstalk between GH and EGF growth transduction pathways. And finally the role of sex steroids in GH signalling in one GHTD patient. Patients/Material and Methods: In primary fibroblast cell cultures from gingival biopsies of the GHTD patients and age-matched normal children we studied: expression analysis, in cells inducted with GH, of CIS and JAK2 phosphorylation by western immunoblotting and RT-PCR. Also the cells of the same children and controls were inducted with EGF and STAT3 phosphorylation was studied. Finally the cells of one of the patients were inducted with GH and 17β-estradiole before and after puberty and its STAT3 phosphorylation and CIS expression were studied. Results: Expression analysis in the childrens’ fibroblasts showed an overexpression of CIS in 2 patients as compared to normal children. STAT3 defect was not present in the patients’ fibroblasts that were inducted with EGF. Also one GHTD patient that he couldn't phosphorylate in his inducted fibroblast with GH and 17β-estradiole STAT3 and ubiquitinated CIS was present to his cells before puberty this defect was overcomed after he entered puberty. Conclusions: The overexpression of CIS may inhibit the activation of STAT3 and may be involved in the pathogenesis of the severe short stature of the GHTD children. Also GH signalling pathway has no defect in control patients so there is no need of using an alternative pathway such as the one of EGF that occurs in GHTD patients. Also one GHTD patient that showed a STAT3 defect before puberty was overcomed after he entered puberty and without GH treatment. There is a clinical status that is called 'growth dealy' that matches this patients profile that shows rapid growth after puberty. A probable cause could be that ubiquitinated form of CIS was not present after he entered puberty.

Περιγράψαμε την Διαταραχή Μεταγωγής Σήματος Αυξητικής Ορμόνης (GHTD), σε παιδιά με σοβαρή καθυστέρηση ανάπτυξης, φυσιολογική έκκριση αυξητικής ορμόνης (GH), χαμηλό IGF-I αλλά φυσιολογική ανταπόκριση IGF-I σε χορήγηση hGH, που παρουσιάζουν ελαττωματική φωσφορυλίωση του STAT3. Η διαταραχή θεραπεύεται με hGH. Οι CIS πρωτεΐνες είναι αρνητικοί ρυθμιστές του σηματοδοτικού μονοπατιού της GH που ανταγωνίζονται STATs για θέση πρόσδεσης με τον υποδοχέα GHR ή συμμετέχουν στην αποδόμηση του JAK2/GHR μέσω ουβυκουϊτίνης/προτεασώματος. Η αδυναμία φωσφορυλίωσης του STAT3 και JAK2 φαίνεται να προσπερνάται με χρήση εναλλακτικής οδού. Με ‘διασυνομιλία’ της GH με το μονοπάτι του EGF. Συγκεκριμένα η GH φωσφωρυλιώνει το EGFR μέσω φωσφορυλίωσης JAK2. Τέλος, η φωσφορυλίωση STAT3 προκαλείται και από την 17β-οιστραδιόλη. Υπάρχει μία κλινική οντότητα της “καθυστέρησης της ήβης και ανάπτυξης” όπου γίνεται σημαντική επιτάχυνση στην ανάπτυξη μετά την εφηβεία όπου υπάρχει φυσιολογικό τελικό ανάστημα που ταιριάζει με την πορεία ενός ασθενή. Σκοπός: Μελετήθηκε η αρνητική ρύθμιση της GH σε ινοβλάστες παιδιών με GHTD και φυσιολογικών. Στη συνέχεια, η πιθανή συσχέτιση του σηματοδοτικού μονοπατιού της GH και EGF στα παιδιά και τέλος η πιθανή συσχέτιση των στερεοειδών του φύλου με το GH άξονα σε ένα GHTD παιδί. Yλικά/μέθοδοι: Σε πρωτογενείς καλλιέργειες ινοβλαστών ούλων μαρτύρων και GHTD παιδιών μελετήσαμε την έκφραση και ενεργοποίηση της CIS και JAK2, με επαγωγή με hGH, με Western blot. Στη συνέχεια μελετήθηκε η έκφραση του EGF και pEGF στα κύτταρα των παιδιών και μαρτύρων με επαγωγή των κυττάρων με GH και EGF έλεγχος με Western blot και coimmunoprecipitation. Τέλος μελετήθηκε η φωσφoρυλίωση STAT3 και JAK2 σε ινοβλάστες (προεφηβικούς και εφηβικούς) του ασθενή με GH και 17-β οιστραδιόλη με Western immunoblotting. Αποτελέσματα: Η έκφραση του CIS με 200 ng/ml hGH έδειξε μόνο στους ασθενείς αύξηση της συνολικής CIS και της ουβικουτινυλιομένης μορφής της. Η έκφραση και ενεργοποίηση τoυ JAK2 μόνο στους ασθενείς με επαγωγή με hGΗ δείχνει καθυστερημένη ενεργοποίηση του. Το STAT3 φωσφωρυλιώνεται φυσιολογικά με επαγωγή των κυττάρων των ασθενών με EGF όχι με GH. Οι pEGFRs φωσφωρυλιώνουν φυσιολογικά το JAK2 στους ασθενείς, ενώ όχι στους μάρτυρες. Ο ένας ασθενής προεφηβικά δε φωσφωρυλιώνει το STΑT3 με GH. Εμφανίζει την ουβικουτινιλιωμένη μορφή του CIS. Δεν φωσφωρυλιώνει το STAT3 με 17β-οιστραδιόλη προ-εφηβικά, και εμφανίζει την ουβικουτινιλιωμένη μορφή του CIS. Ενώ εφηβικά φωσφορυλιώνει το STAT3 με 17β-οιστραδιόλη και δεν εμφανίζει την ουβικουτινιλιωμένη μορφή του CIS. Συμπεράσματα: Βρέθηκε καθυστερημένη ενεργοποίηση του GH άξονα σε 2 ασθενής με GHTD μαζί με υπερέκφραση της CIS και ουβικουτινυλιομένης CIS. Η σηματοδότηση της GH γίνεται φυσιολογικά στους μάρτυρες άρα δεν υπάρχει λόγος εναλλακτικής οδού, σε αντίθεση με ασθενείς που χρειάζεται να χρησιμοποιήσουν το μονοπάτι του EGF. Ο ένας ασθενής ξεπέρασε την αδυναμία να φωσφορυλιώσει το STAT3 χωρίς hGH αλλά με την έναρξη της εφηβείας. Ένας λόγος που το παιδί αυτό έδειξε σημαντική επιτάχυνση στην ανάπτυξη είναι ότι μετά την εφηβεία δεν υπήρχε υπερλειτουργία του ανασταλτικού μηχανισμού της GH, διαμέσου του Ub CIS.