Projekti / Programi
Molekularno genetski biooznačevalci in mehanizmi neodzivnosti na biološko zdravljenje zanti-TNF bolnikov s kroničnimi imunskimi boleznimi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B220 |
Biomedicinske vede |
Genetika, citogenetika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
genetika, farmakogenomika, kronične imunske bolezni, biološka zdravila, kompleksne
bolezni
Raziskovalci (33)
Organizacije (5)
Povzetek
Vnetni citokin tumorski nekrozni faktor alfa (TNF), igra pomembno vlogo v patogenezi kroničnih imunskih bolezni, vključno z revmatoidnim artritisom (RA) in kronično vnetno črevesno boleznijo (KVČB), ki vključuje Crohnovo bolezen (CD) in ulcerativni colitis (UC). Biološka zdravila, ki so zmožna blokirati TNF, npr. etanercept (ETN), infliximab (IFX) in adalimumab (ADA) so postala vodilna terapija za avtoimunska stanja, vključno z RA in CD, predvsem pri najtežjih primerih. Od 30 do 50% težjih CD in RA primerov se ne odzove na anti‐TNF terapijo, vzroki za to pa niso zadovoljivo pojasnjeni. Klinični napovedniki in serološki biomarkerji, ki so do sedaj bili povezani z odzivom na anti‐TNF, niso dovolj zanesljivi za uporabo v klinični praksi. Nedavno so farmakogenetske in farmakogenomske študije dokazale, da polimorfizmi posameznega nukleotida (SNP‐ji) in profili genskega izražanja pred zdravljenjem lahko napovejo odziv na anti‐TNF zdravljenje. Naša skupina je odkrila, da so geni vpleteni v proces avtofagije, vključno z ATG16L1 in ATG5, povezani z odzivom na ADA pri bolnikih s CD. Za učinkovite farmakogenomske študije anti‐TNF terapije je dober vpogled v genetsko arhitekturo kroničnih imunskih bolezni poglavitnega pomena. Skupaj z našimi partnerji iz Mednarodnega genetskega konzorcija kronične vnetne črevesne bolezni (IIBDGC) smo pred kratkim naredili asociacijsko študijo na celotnem genomu (GWAs) z uporabo specializirane po meri narejene mikromreže Immunochip (iCHIP) na 75.000 KVČB bolnikih in kontrolah ter odkrili 163 lokusov, ki so povezani s KVČB. To je do sedaj najboljši oris genetske arhitekture KVČB in podobnih kroničnih imunskih bolezni (Nature, 2012;491(7422):119‐24) in odkrili glavne vzročne gene za nastanek bolezni (Nature, 2017; 547(7662):173-178).
Cilj naše predlagane študije je opisati molekularne mehanizme, ki prispevajo k neodzivnosti CD in RA bolnikov na anti‐TNF terapijo, ter identifikacija molekularno genetskih označevalcev, ki bi lahko napovedali odziv na anti‐TNF terapijo in bi lahko bili uporabljeni v personalizirani/precizni medicini. Integracija genetskih (NGS, genotipizacija), ekspresijskih (RNAseq), proteomskih, epigenetskih (DNA modifikacije) in regulatornih (profili ne‐kodirajočih RNA, variante izrezovanja) podatkov z bioinformatskimi orodji (genska ontologija- GO) bo zagotovila identifikacijo in opis bioloških poti, ki so pomembne za odziv na anti‐TNF terapijo
Naša študija je popolnoma izvedljiva, saj smo že razvili obsežno biobanko, ki vključuje eno izmed največjih svetovnih zbirk DNA/RNA/proteinskih vzorcev za kronične imunske bolezni (600 KVČB, 300 RA). Del naše biobanke predstavljajo RNA vzorci iz podskupine CD bolnikov, ki so refraktorni na standardno terapijo in smo jih zbrali med zdravljenjem z ADA (4., 12. 20. in 30. teden). Naša biobanka je je edinstvena v svetovnem merilu in tako odličen obet za nova odkritja. Prav tako imamo zbrane natančne klinične podatke odziva na zdravljenje, merjenega z IBDQ indeksom in CRPjem za KVČB bolnike ter DAS28 indeksom za RA bolnike. Naša biobanka bo omogočila profiliranje genske ekspresije pri bolnikih s hudo obliko bolezni, ki prejemajo biološko terapijo in spremljanje sprememb teh profilov med prejemanjem anti‐ TNF terapije pri neodzivnikih na terapijo.
Naša integrirana študija bo omogočila globok vpogled v molekularno‐biološke poti pomembne za napredovanje bolezni, potek zdravljenja in razvoj odpornosti na anti‐TNF terapijo. Iz primerjave med profili genske ekspresije bolnikov na anti‐TNF terapiji (TNF inhibicija in vivo) in RNA vzorcev pridobljenih iz tretiranih celičnih kultur ter linij (TNF inhibicija in vitro), pričakujemo zanimiva nova odkritja. Glede na naše in druge preliminarne študije, avtofagija in Toll‐like receptor signalizacija (TLRs) predstavljata najboljše kandidatne molekularne poti, ki so povezane z odzivom na zdravljenje z anti‐TNF terapijo in na katere se bomo osredotočili na začetku naših študij molekularnih poti.
Pomen za razvoj znanosti
Zagotovljena je izvirnost znanstvenih rezultatov:
prva celotna študija transkriptoma z uporabo NGS (RNAseq) na vzorcih pred in tekom zdravljenja z anti-TNF zdravili. Tako bomo dobili ekspresijske profile, ki bodo v pomoč pri personalizirani medicini CD in RA, za predikcijo odzivnosti na terapijo. Ekspresijske profile bomo, skupaj z analizo genetskih biomarkerjev, proteomiko, epigenetskimi raziskavami ter profiliranjem nekodirajočih regulatornih RNA, uporabili pri identifikaciji potencialnih biomarkerjev odziva na anti-TNF terapijo.
Zanimive rezultate si obetamo iz primerjave profilov izražanja genov pri bolnikih na anti- TNF terapiji (TNF-inhibicija in vivo) ter profilov iz tretiranih celičnih kultur/linij TNFinhibicija in vitro). Ta primerjava bo omogočila pojasniti vpliv inhibicije izključno TNFsignalne poti na neodzivnost (študija in vitro), ter kolikšen je prispevek ostalihsistemskih faktorjev (študija in vivo, ki bo pokazala gensko ekspresijo kot rezultat kompleksnih multiplih dejavnikov). Analize in vitro bodo tudi omogočile podrobno preučevanje molekularnih poti, ki so vpletene v odzivnost pacientov na anti-TNF terapijo.
Naše ugotovitve bodo presegle trenutno najmodernejše in uveljavljene razlage, izviren
znanstveni učinek pa je zagotovljen z:
identifikacijo bioloških in signalnih poti, ki se spremenijo pod vplivom zdravljenja z anti-TNF pri odzivnih bolnikih, pri neodzivnih pa ne kažejo podobnega trenda, kar bo pospešilo razvoj novih terapevtskih sredstev
identifikacijo novih klinično pomembnih parametrov (npr. transkripcijskih variant, vzročnih polimorfizmov,…), kar bo pospešilo funkcijske študije, razvoj biomarkerjev in napovednih modelov za precizno medicino. Personalizirana terapija predstavlja optimalen pristop k zdravljenju: ker že od samega začetka uporabimo natančno prilagojeno terapijo, pričakujemo pri bolnikih manj stranskih učinkov, poleg tega pa se znižajo tudi celotni stroški zdravljenja.
Zagotovljen je vpliv rezultatov na razvoj novih raziskovalnih smeri. Na primer, mapiranje funkcijskih regulatornih polimorfizmov bo prispevalo k boljšemu razumevanju mehanizmov regulacije genske ekspresije. Ugotavljanje, na katere gene in protein polimorfizmi vplivajo, je pomembno za ugotovitev bioloških poti, pomembnih v bolezenski patogenezi, in za odkrivanje molekularnih tarč za načrtovanje novih bioloških zdravil.
Resultati tega projekta bodo pospešili razvoj novih bioloških zdravil. Skupina Prof. Potočnika je član konzorcija, ki je razvil projekt “Izolacijski postopki v moderni proizvodnji bioloških zdravil”, Konzorcij sestavljajo partnerji iz industrije, Brinox .d.o.o., Labena d.o.o., EVG. d.o.o., Cleangrad d.o.o. and raziskovalne organizacije Medicinska fakulteta UM, Institut Jožef Stefan, Fakulteta za farmacijo, UL. Konzorcijska pogodba je bila podpisana v 2018, v totalni vrednosti: 2,1 milijona eur; delež MF UM: 230, 000, 00 eur.
Pomen za razvoj Slovenije
Original scientific contribution is ensured:
As the first complete transcriptome analysis using NGS (RNA-seq) before and during anti-TNF treatment, this study will provide new expression profiles that will efficiently predict treatment outcomes in CD and RA as part of personalized therapy. Expression profiles, combined with genetic biomarker analyses, proteomics, epigenetic studies and non-coding regulatory RNA profiling will be used to identify potential new biomarkers of response to anti-TNF drugs. Patients could suffer from less adverse side effects if therapy is personalized based on molecular and genetic biomarkers.
Interesting new findings are expected from the comparison between gene expression profiles obtained from patients on anti-TNF therapy representing TNF inhibition in vivo and RNA samples obtained from treated cell cultures and cell lines, representing inhibition in vitro. This comparison will help to distinguish gene expression regulation that is caused primarily by inhibition of TNF (in vitro study) from the regulation that is caused in vivo by other more complex (multiple) downstream patterns. Furthermore, in vitro analyses will enable detailed elucidation of molecular pathways that are implicated in the responsiveness of IBD patients to anti-TNF treatment.
The progress beyond the state-of-the-art and scientific impact is ensured:
Identification of biological and signalling pathways that change during anti-TNF treatment in responders but do not show the same trend in non-responders will provide new molecular targets that will enhance development of novel biological drugs.
Identification of new parameters with clinical importance (e.g. transcript variants, SNPs) will facilitate functional studies and development of biomarkers and predictive models for precision medicine. Personalized therapy represents an optimal approach to treatment: as precisely fitted therapy can be applied from the beginning of treatment, patients could suffer from less adverse side effects and overall treatment costs can be reduced.
Obtained results will expose and outline new research areas. For example, mapping of functional regulatory polymorphisms will help better understand mechanisms of gene expression regulation. Elucidating the genes and proteins affected by SNPs will help understand biological pathways involved in disease pathogenesis and identify molecular targets for new biological drugs.
Results of this project will enhance development of biological drugs. Prof. Potočnik´s group is member of consortium that has already developed project “Isolation procedures in modern production of biological drugs”, and consist of partners from industry, Brinox .d.o.o., Labena d.o.o., EVG. d.o.o., Cleangrad d.o.o. and research institutions Faculty of Medicine, UM, Institute Jožef Stefan and Faculty for Pharmacy, UL. The consortium contract has already been signed, for a total of: 2,1 milion eur; MF UM: 230, 000, 00 eur.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
