Ο ρόλος των μυελικών κυττάρων στη γήρανση και το μυελοδυσπλαστικό σύνδρομο

Abstract

This thesis investigates the immunological changes that occur during normal aging and myelodysplastic neoplasms (MDS). Aging is accompanied by a set of phenomena known as inflammaging, characterized by chronic low-grade inflammation and functional impairment of the immune response. Corresponding, but pathologically enhanced, immune disorders are observed in MDS. Monocytes play a central role in the regulation of the inflammatory response, but they undergo functional and metabolic changes during aging, resulting in their association with age-related diseases. The present study seeks to delve into these immunological disorders and identify therapeutic targets for both healthy aging and MDS. The aim of this thesis was to perform an in-depth phenotypic and transcriptional analysis of peripheral immune cell subpopulations during normal aging and in patients with MDS, with an emphasis on functional changes in monocytes. To this end, mass cytometry (CyTOF), flow cytometry and RNA sequencing (RNAseq) technologies were applied to isolated CD14+ monocytes from young adults, elderly individuals and patients with MDS. The analysis revealed significant differences in both immunophenotype and gene expression between the groups. CyTOF analysis revealed a gradual dysregulation of the immune balance from youth to aging and MDS, with a characteristic loss of cellular network coherence and disruption of interactions between the populations of immune cells. At the phenotypic level, the elderly showed increased expression of CD45RA and CCR6 and decreased HLA-DR and CD38, indicating a transition of monocytes to a semi-mature, functionally impaired phenotype. At the same time, an increase in intermediate CD14++CD16+ monocytes (anti-inflammatory response) was observed in healthy elderly subjects and a predominance of non-classical CD14+CD16++ monocytes (pro-inflammatory effect) in MDS patients. This finding suggests an adaptive anti-inflammatory balance in normal aging and a pronounced inflammatory reprogramming in MDS.Transcriptional analysis of CD14⁺ monocytes revealed activation of inflammatory pathways, oxidative stress, and metabolic adaptations in the elderly, confirming the existence of inflammaging. In contrast, in MDS, monocytes showed hyperstimulation of antigen presentation pathways and dysregulation of inflammatory signals. Central nodes of the inflammatory network—such as the genes MAPK13, CXCL8, CXCL11, S100A8, S100A9, and MMP9—appeared to coordinate the activation of IL-17, TNF, and NF-κB pathways, making them potential therapeutic targets. Overall, the study demonstrates that healthy aging is characterized by a controlled, low-grade inflammatory activation that maintains immune homeostasis, while in MDS the same process is pathologically dysregulated, leading to inflammatory dysfunction and inhibition of hematopoietic regeneration. A deeper understanding of monocytic changes and their signaling pathways may contribute to the identification of novel biomarkers and therapeutic targets for aging and myelodysplastic neoplasms.

Η παρούσα διατριβή διερευνά τις ανοσολογικές μεταβολές που συντελούνται κατά τη φυσιολογική γήρανση και στα μυελοδυσπλατικά νεοπλάσματα (MDS). Η γήρανση συνοδεύεται από ένα σύνολο φαινομένων γνωστό ως inflammaging, που χαρακτηρίζεται από χρόνια χαμηλού βαθμού φλεγμονή και λειτουργική εξασθένηση της ανοσολογικής απάντησης. Αντίστοιχες, αλλά παθολογικά ενισχυμένες, ανοσολογικές διαταραχές παρατηρούνται στα MDS. Τα μονοκύτταρα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στη ρύθμιση της φλεγμονώδους απόκρισης, υφίστανται όμως λειτουργικές και μεταβολικές αλλαγές κατά τη γήρανση, με αποτέλεσμα τη σύνδεσή τους με ηλικιο-συσχετιζόμενα νοσήματα. Η παρούσα μελέτη επιδιώκει να εμβαθύνει στις ανοσολογικές αυτές διαταραχές και να εντοπίσει θεραπευτικούς στόχους τόσο για την υγιή γήρανση όσο και για το MDS. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η εις βάθος φαινοτυπική και μεταγραφική ανάλυση των κυτταρικών υποπληθυσμών της μονοκυττάρων κατά τη φυσιολογική γήρανση και σε ασθενείς με MDS, με έμφαση στις λειτουργικές αλλαγές των μονοκυττάρων. Προς τούτο, εφαρμόστηκαν τεχνολογίες μαζικής κυτταρομετρίας (CyTOF), κυτταρομετρίας ροής και αλληλούχισης RNA (RNAseq) σε απομονωμένα CD14+ μονοκύτταρα από νέους ενήλικες, ηλικιωμένα άτομα και ασθενείς με MDS. Η ανάλυση ανέδειξε σημαντικές διαφορές τόσο στο ανοσοφαινότυπο όσο και στη γονιδιακή έκφραση μεταξύ των ομάδων. Η ανάλυση CyTOF αποκάλυψε σταδιακή απορρύθμιση της ανοσολογικής ισορροπίας από τη νεότητα προς τη γήρανση και το MDS, με χαρακτηριστική απώλεια της συνοχής του κυτταρικού δικτύου και διαταραχή των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ανοσοκυτταρικών πληθυσμών. Σε φαινοτυπικό επίπεδο, οι ηλικιωμένοι εμφάνισαν αυξημένη έκφραση CD45RA και CCR6 και μειωμένη HLA-DR και CD38, υποδεικνύοντας μετάπτωση των μονοκυττάρων σε ημιώριμο, λειτουργικά εξασθενημένο φαινότυπο. Παράλληλα, παρατηρήθηκε αύξηση των ενδιάμεσων CD14++CD16⁺ μονοκυττάρων (αντιφλεγμονώδης απάντηση) στους υγιείς ηλικιωμένους και επικράτηση των μη κλασικών CD14+CD16++ μονοκυττάρων (προφλεγμονώδης δράση) στους ασθενείς με MDS. Το εύρημα αυτό υποδεικνύει προσαρμοστική αντιφλεγμονώδη ισορροπία στη φυσιολογική γήρανση και έντονο φλεγμονώδη επαναπρογραμματισμό στο MDS.Η μεταγραφική ανάλυση των CD14⁺ μονοκυττάρων ανέδειξε στους ηλικιωμένους ενεργοποίηση μονοπατιών φλεγμονής, οξειδωτικού στρες και μεταβολικών προσαρμογών, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη inflammaging. Αντίθετα, στο MDS, τα μονοκύτταρα εμφάνισαν υπερδιέγερση μονοπατιών παρουσίασης αντιγόνου και διαταραχή της ρύθμισης φλεγμονωδών σημάτων. Κεντρικοί κόμβοι του φλεγμονώδους δικτύου —όπως τα γονίδια MAPK13, CXCL8, CXCL11, S100A8, S100A9 και MMP9— φάνηκε να συντονίζουν την ενεργοποίηση μονοπατιών IL-17, TNF και NF-κB, καθιστώντας τα πιθανούς θεραπευτικούς στόχους. Συνολικά, η μελέτη δείχνει ότι η υγιής γήρανση χαρακτηρίζεται από μια ελεγχόμενη, χαμηλού βαθμού φλεγμονώδη ενεργοποίηση που διατηρεί την ανοσολογική ομοιόσταση, ενώ στο MDS η ίδια διαδικασία απορρυθμίζεται παθολογικά, οδηγώντας σε φλεγμονώδη δυσλειτουργία και αναστολή της αιμοποιητικής αναγέννησης. Η εις βάθος κατανόηση των μονοκυτταρικών μεταβολών και των σηματοδοτικών μονοπατιών τους δύναται να συμβάλει στον εντοπισμό νέων βιοδεικτών και θεραπευτικών στόχων για τη γήρανση και τα μυελοδυσπλαστικά νεοπλάσματα.