Μελέτη της σύστασης και της λειτουργίας της λιποπρωτεΐνης υψηλής πυκνότητας (HDL) σε παθολογικές καταστάσεις, καθώς και της ενίσχυσης των αθηροπροστατευτικών λειτουργιών της HDL με μικρά μόρια

Abstract

High-density lipoprotein (HDL) is a macromolecular complex of lipids and proteins that protects from atherosclerosis and cardiovascular disease (CVD) by exerting a series of functions, such as ability to remove excess cholesterol from macrophages in the arterial wall, antioxidant capacity, etc. Apolipoprotein A-I (apoA-I), the main protein of HDL, as well as other protein and lipid components of HDL, are involved in its atheroprotective functions. Mutations in protein components of HDL, as well as chronic inflammatory diseases, such as Systemic Lupus Erythematosus (SLE) and Rheumatoid Arthritis (RA), lead to impairment of HDL composition and atheroprotective properties and an increased risk for atherosclerosis and CVD. In the first part of this study, the impact of biological treatments on the HDL composition and functions in patients with SLE and RA was evaluated. Firstly, it was investigated the impact of treatment with belimumab in patients with SLE. Belimumab is a monoclonal antibody against B-cell activating factor (BAFF), implicated in disease progression and associated with subclinical atherosclerosis. The analyses showed that belimumab treatment may improve the HDL atheroprotective properties and modify the HDL lipidomic signature in SLE patients, thus potentially mitigating atherosclerosis development. Additionally, the impact of treatments with biological agents (anti-TNF-α, abatacept) on the HDL function and composition in patients with RA was evaluated. The analyses showed no significant changes in patients’ HDL atheroprotective properties following these specific treatments. In the second part of this study, a screening of marketed drug libraries (956 compounds) was performed to identify new compounds that can enhance or improve HDL atheroprotective properties. Specifically, the ability of compounds to increase the activity of the antioxidant enzyme paraoxonase 1 (PON1), which is associated with HDL and is involved in its atheroprotective functions, was examined. Reductions in PON1 activity have been observed in patients with RA and have been associated with an increased risk of CVD. Screening analyses resulted in the identification of the drug dantrolene as a PON1 activator, which was validated by enzymatic kinetic studies using recombinant human PON1. These findings indicate that the use of small molecules to enhance the HDL-associated PON1 activity is a feasible approach that may lead to new therapeutic approaches for CVD. Finally, it was examined whether compounds identified, by a drug library screening, to ameliorate the defective structure of apoA-I[L178P] can also improve the apoA-I[L178P] function. ApoA-I[L178P] is a mutant form of apoA-I displaying major defects in its structural integrity and atheroprotective function underlying the increased CVD risk observed in carriers of the mutation. The analyses showed that the drug bexarotene leads to the restoration of apoA-I[L178P] atheroprotective function indicating that small molecules can correct the defective structure and function of apoA-I leading to new therapeutic approaches for apoA-I-related dyslipidemias and increased cardiovascular risk.

Η λιποπρωτεΐνη υψηλής πυκνότητας (HDL) είναι ένα μακρομοριακό σύμπλεγμα λιπιδίων και πρωτεϊνών που προστατεύει από την εμφάνιση αθηροσκλήρωσης και καρδιαγγειακής νόσου (ΚΑΝ) μέσω μιας σειράς λειτουργιών, όπως ικανότητα απομάκρυνσης περίσσειας χοληστερόλης από μακροφάγα στο αρτηριακό τοίχωμα, αντιοξειδωτική δράση κα. Σημαντικό ρόλο στις αθηροπροστατευτικές λειτουργίες της HDL έχει η κύρια πρωτεΐνη της, η απολιποπρωτεΐνη Α-Ι (αποΑ-Ι), αλλά και άλλα πρωτεϊνικά ή λιπιδικά συστατικά της. Μεταλλάξεις σε πρωτεΐνες της HDL, καθώς και χρόνια φλεγμονώδη νοσήματα, όπως ο Συστηματικός Ερυθηματώδης Λύκος (ΣΕΛ) και η Ρευματοειδής Αρθρίτιδα (ΡΑ), οδηγούν σε διαταραχές της σύστασης και των αθηροπροστατευτικών ιδιοτήτων της HDL και σε αυξημένο κίνδυνο για αθηροσκλήρωση και ΚΑΝ. Στο πρώτο μέρος της διατριβής διερευνήθηκε η επίδραση βιολογικών θεραπειών σε ασθενείς με ΣΕΛ και ΡΑ στη σύσταση και τις λειτουργίες της HDL. Αρχικά, αξιολογήθηκε σε ασθενείς με ΣΕΛ η θεραπεία με belimumab, ένα μονοκλωνικό αντίσωμα έναντι του παράγοντα ενεργοποίησης των Β-κυττάρων (BAFF), ο οποίος εμπλέκεται στην εξέλιξη της νόσου και έχει συσχετιστεί με την υποκλινική αθηροσκλήρωση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η θεραπεία με το belimumab μπορεί να βελτιώσει τις αθηροπροστατευτικές ιδιότητες της HDL και να τροποποιήσει τη λιπιδομική υπογραφή της HDL σε ασθενείς με ΣΕΛ, και κατ’ αυτό τον τρόπο είναι πιθανόν να περιορίζει την ανάπτυξη της αθηροσκλήρωσης. Παράλληλα, μελετήθηκε η επίδραση θεραπειών με βιολογικούς παράγοντες (αντι-TNF-α, abatacept) στη λειτουργία και τη σύσταση της HDL ασθενών με ΡΑ. Ωστόσο, δεν βρέθηκαν σημαντικές αλλαγές στις αθηροπροστατευτικές ιδιότητες της HDL των ασθενών μετά τις συγκεκριμένες θεραπείες. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής πραγματοποιήθηκε σάρωση βιβλιοθηκών φαρμάκων (956 ενώσεις) για την ανεύρεση νέων ενώσεων που μπορούν να ενισχύσουν ή να βελτιώσουν τις αθηροπροστατευτικές ιδιότητες της HDL. Συγκεκριμένα εξετάστηκε η ικανότητα των ενώσεων να αυξάνουν τη δραστικότητα του αντιοξειδωτικού ενζύμου παραοξονάση 1 (PON1), το οποίο είναι συνδεδεμένο με την HDL και εμπλέκεται στις αθηροπροστατευτικές της λειτουργίες. Μειωμένη δραστικότητα PON1 έχει βρεθεί σε ασθενείς με ΡΑ και σχετίζεται με αυξημένο κίνδυνο ΚΑΝ. Οι αναλύσεις σάρωσης οδήγησαν στην ταυτοποίηση του φαρμάκου dantrolene ως έναν ενεργοποιητή της PON1, κάτι που επιβεβαιώθηκε και με ενζυμικές μελέτες χρησιμοποιώντας ανασυνδυασμένη ανθρώπινη PON1. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι η χρήση μικρών μορίων για την ενίσχυση της δραστικότητας της PON1 που είναι συνδεδεμένη με την HDL είναι μια εφικτή προσέγγιση που μπορεί να οδηγήσει σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις για την ΚΑΝ. Τέλος, εξετάστηκε αν ενώσεις που είχαν εντοπιστεί, κατόπιν σάρωσης βιβλιοθηκών φαρμάκων, να βελτιώνουν την ελαττωματική δομή της αποΑ-Ι[L178P] μπορούν επίσης να βελτιώνουν και τη λειτουργία της αποΑ-Ι[L178P]. Η αποΑ-Ι[L178P] είναι μια μεταλλαγμένη μορφή της αποΑ-Ι της οποίας οι διαταραχές στη δομή και την αθηροπροστατευτική λειτουργία σχετίζονται με τον αυξημένο κίνδυνο ΚΑΝ που παρατηρείται σε φορείς της μετάλλαξης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το φάρμακο bexarotene οδηγεί σε αποκατάσταση της αθηροπροστατευτικής λειτουργίας της αποΑ-Ι[L178P] και υποδεικνύουν ότι μικρά μόρια μπορούν να διορθώσουν την ελαττωματική δομή και λειτουργία της αποΑ-Ι οδηγώντας σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις για δυσλιπιδαιμίες που σχετίζονται με την αποΑ-Ι και τον αυξημένο καρδιαγγειακό κίνδυνο.