Non-classical monocytes in systemic lupus erythematosus (SLE): molecular and functional characterization

Abstract

Systemic Lupus Erythematosus (SLE) is a chronic, multisystem autoimmune disease that manifests diverse clinical and molecular abnormalities attributed to the loss of self-tolerance to nucleic acids and endogenous antigens and sustained autoantibody production. Excessive and irreversible tissue damage caused by autoantibodies and immune-complex deposition affects multiple organs leading to significant morbidity and increased mortality. Peripheral blood monocytes propagate inflammation and the development of end-organ damage in SLE. Three major populations of monocytes have been recognized namely classical (CM), intermediate (IM) and non-classical monocytes (NCM). Aberrations in monocytic pathophysiology underlie the SLE pathology and lead to perpetuation of inflammation and tissue injury. Recent studies emphasize the involvement of terminally differentiated immune cell subsets on tissue damage and severity of the disease. Despite the compelling evidence that NCM substantially contribute to disease progression in the target tissues, they remain the least explored subtype. The aim of this study is to further investigate the role and function of NCM in SLE. Understanding the molecular pathways involved in NCM activation and function in the periphery of patients with active SLE, before migrating into the tissues can guide the development of targeted therapies to modulate their effects. To this end, we performed a comprehensive transcriptomic, proteomic and functional characterization of the three peripheral monocytic subsets from active SLE patients and healthy individuals. Our data demonstrate extensive molecular disruptions in circulating SLE NCM, characterized by enhanced inflammatory features such as deregulated DNA repair and cell cycle and heightened IFN signaling combined with differentiation and developmental cues. Enhanced DNA damage, elevated expression of p53, G0 arrest of cell cycle and increased autophagy stress the differentiation potential of NCM in SLE. This immunogenic profile is associated with an activated macrophage phenotype of NCM exhibiting M1 features in the circulation, fueling the inflammatory response. Together, these findings identify circulating SLE NCM as a pathogenic cell type in the disease that could represent an additional therapeutic target.

Ο Συστηματικός Ερυθηματώδης Λύκος (ΣΕΛ) είναι μια χρόνια, συστημική αυτοάνοση νόσος που εκδηλώνει ποικίλες κλινικές και μοριακές διαταραχές που αποδίδονται στην απώλεια αυτοανοχής στα νουκλεϊκά οξέα και άλλα ενδογενή αντιγόνα, με συνέπεια την παραγωγή αυτοαντισωμάτων. Η υπερβολική και μη αναστρέψιμη βλάβη των ιστών που προκαλείται από τα αυτοαντισώματα και την εναπόθεση των ανοσουμπλεγμάτων επηρεάζει τα υποκείμενα όργανα οδηγώντας σε σημαντική νοσηρότητα και αυξημένη θνησιμότητα. Τα μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος επιδεινώνουν τη φλεγμονή και την ανάπτυξη βλάβης τελικών οργάνων στον ΣΕΛ. Τρεις κύριοι υποπληθυσμοί μονοκυττάρων έχουν αναγνωριστεί και συγκεκριμένα τα κλασικά, τα ενδιάμεσα και τα μη κλασικά μονοκύτταρα. Οι διαταραχές στην φυσιολογία των μονοκυττάρων αποτελούν βασικό πυλώνα της παθογένειας του ΣΕΛ και οδηγούν στη διαιώνιση της φλεγμονής και στη βλάβη των ιστών. Πρόσφατες μελέτες τονίζουν τη συμμετοχή τελικώς διαφοροποιημένων υποσυνόλων ανοσοκυττάρων στη βλάβη των ιστών και τη σοβαρότητα της νόσου. Πάρα τα σημαντικά ευρήματα ότι τα μη κλασικά μονοκύτταρα συμβάλλουν στην εξέλιξη της νόσου στους ιστούς στόχους, παραμένουν ο λιγότερο μελετημένος υπότυπος. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η περαιτέρω διερεύνηση του ρόλου και της λειτουργίας των μη κλασικών μονοκυττάρων στον ΣΕΛ. Η κατανόηση των μοριακών οδών που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση και λειτουργία των μη κλασικών μονοκυττάρων στην περιφέρεια των ασθενών με ενεργό νόσο, πριν από τη μετανάστευση τους στους ιστούς στόχους, μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη στοχευμένων θεραπειών για τη ρύθμιση των αποτελεσμάτων τους. Για τον λόγο αυτό, στη παρούσα διατριβή πραγματοποιήσαμε έναν ολοκληρωμένο μεταγραφικό, πρωτεομικό και λειτουργικό χαρακτηρισμό των τριών περιφερικών μονοκυτταρικών υποπληθυσμών από ασθενείς με ενεργό ΣΕΛ και υγιή άτομα. Τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν εκτεταμένες μοριακές διαταραχές στα μη κλασικά μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος, που χαρακτηρίζονται από ενισχυμένα φλεγμονώδη χαρακτηριστικά όπως η απορυθμισμένη επιδιόρθωση του DNA, ο κυτταρικός κύκλος και η αυξημένη σηματοδότηση ιντερφερόνης σε συνδυασμό με στοιχεία διαφοροποίησης και αναπτυξιακές διαδικασίες. Η ενισχυμένη βλάβη του DNA, η αυξημένη έκφραση του p53, η διακοπή του κυτταρικού κύκλου στην G0 φάση και η αυξημένη αυτοφαγία, τονίζουν τη δυνατότητα διαφοροποίησης των μη κλασικών μονοκυττάρων στον ΣΕΛ. Αυτό το παθογονικό προφίλ σχετίζεται με έναν ενεργοποιημένο φαινότυπο των μη κλασικών μονοκυττάρων που εμφανίζει χαρακτηριστικά M1 στην κυκλοφορία, τροφοδοτώντας τη φλεγμονώδη απόκριση. Συμπερασματικά, τα ευρήματα αυτά υπογραμμίζουν τα μη κλασικά μονοκύτταρα ως ένα παθογόνο κυτταρικό τύπο στη νόσο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένας επιπλέον θεραπευτικός στόχος για την νόσο.