Η μετα-μεταγραφική επεξεργασία του RNA στη ρευματοειδή αρθρίτιδα

Abstract

Adenosine-to-inosine (A-to-I) RNA editing of Alu retroelements is a primate-specific mechanism mediated by adenosine deaminases acting on RNA (ADARs) that diversifies transcriptome by modifying selected nucleotides in RNA molecules. Herein, we tested the hypothesis that A-to-I RNA editing is altered in rheumatoid arthritis (RA). Synovial expression of ADAR1 and its isoforms, ADAR1p110 and ADAR1p150, was analysed in 152 RA patients and 50 controls. Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) derived from 14 healthy subjects and 19 patients with active RA at baseline and after 12-week treatment were examined for ADAR1p150 and ADAR1p110 isoform expression by RT-qPCR. RNA editing activity was analysed by AluSx+ Sanger-sequencing of cathepsin S, an extracellular matrix degradation enzyme also involved in antigen presentation. ADAR1 was significantly over-expressed in RA synovium regardless of disease duration. Similarly, ADAR1p150 isoform expression was significantly increased in the synovium and blood of active RA patients, while ADAR1p110 levels were similar between patients and controls. Individual nucleotide analysis revealed that A-to-I RNA editing rate in cathepsin S AluSx+ was also significantly increased in RA patients. Both baseline ADAR1p150 expression and individual adenosine RNA editing rates in cathepsin S AluSx+ decreased after treatment only in those patients with good clinical response. Upregulation of the expression and/or activity of the RNA editing machinery was associated with a higher expression of edited Alu-enriched genes including cathepsin S and TNF receptor-associated factors 1,2,3 and 5. In conclusion, herein we describe a previously unrecognized regulation and role of ADAR1p150-mediated A-to-I RNA editing in post-transcriptional control of gene expression in RA, which underpins therapeutic response and fuels inflammatory gene expression, thus representing an interesting therapeutic target.

Η μετα-μεταγραφική επεξεργασία του RNA (RNA editing), με πιο συχνή μορφή τη μετατροπή της αδενοσίνης σε ινοσίνη (adenosine-to-inosine RNA editing), είναι μια βασική βιολογική διεργασία η οποία λαμβάνει χώρα κυρίως στις Alu περιοχές του μεταγραφώματος και διαμεσολαβείται από τα ένζυμα ADAR1 και ADAR2. Το ADAR1 έχει 2 ισομορφές, μια πιο μακριά (ADAR1p150) και μια βραχεία (ADAR1p110). Η σημασία του μηχανισμού αυτού τονίζεται από τον ενδομήτριο θάνατο των ποντικιών τα οποία στερούνται της ενζυματικής δράσης του ADAR1. Στην παρούσα μελέτη εξετάσαμε τη συμμετοχή του RNA editing στη Ρευματοειδή Αρθρίτιδα (ΡΑ), μια χρόνια φλεγμονώδη (αυτοάνοση) νόσο που επηρεάζει περίπου το 1% του πληθυσμού. Πιο συγκεκριμένα εξετάσαμε το ρόλο του RNA editing στη ρύθμιση των επιπέδων φλεγμονωδών μορίων. Για το σκοπό αυτό αναλύσαμε ένα RNA sequencing dataset που περιλάμβανε συνολικά 202 βιοψίες αρθρικού υμένα [28 υγιείς, 22 ασθενείς με οστεοαρθρίτιδα, 57 ασθενείς με πρώιμη ΡΑ (διάρκεια νόσου<1 έτος) και 95 ασθενείς με εγκατεστημένη ΡΑ]. Επίσης, συλλέξαμε αίμα από ασθενείς με ενεργό ΡΑ πριν- και 3 μήνες μετά την έναρξη νέας θεραπείας και απομονώσαμε λεμφομονοπύρηνα κύτταρα (PBMCs). Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (qPCR) και Sanger sequencing. Τα αποτελέσματα της μελέτης ανέδειξαν σημαντική αύξηση της ισομορφής ADAR1p150 τόσο στον αρθρικό υμένα όσο και στο αίμα των ασθενών, ενώ τα επίπεδα της ισομορφής ADAR1p110 καθώς και του ενζύμου ADAR2 δε διέφεραν μεταξύ ασθενών και υγιών. Στη συνέχεια, εξετάσαμε το RNA editing της cathepsin S, ενός μορίου που εμπλέκεται ενεργά στην αντιγονοπαρουσίαση και στην διάσπαση εξωκυττάριας ουσίας και που έχει προταθεί ως σημαντικό κομμάτι της παθοφυσιολογίας της ΡΑ ή ακόμη και ως θεραπευτικός στόχος. Παρατηρήσαμε ότι το RNA editing στο στοιχείο AluSx+ της cathepsin S ήταν σημαντικά αυξημένο στα λεμφομονοπύρηνα κύτταρα ασθενών με ενεργό ΡΑ. Με ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρατηρήσαμε πως τόσο η έκφραση του μορίου ADAR1p150 όσο και το RNA editing του AluSx+ της cathepsin S μειώθηκαν σημαντικά μετά τη θεραπεία στους ασθενείς που είχαν καλή ανταπόκριση στη φαρμακευτική αγωγή (κριτήρια EULAR), ενώ παρέμειναν αμετάβλητα στους ασθενείς με μέτρια ή καθόλου ανταπόκριση. Τέλος, η έκφραση της cathepsin S, που ήταν αυξημένη τόσο στον αρθρικό υμένα όσο και στα λεμφομονοπύρηνα κύτταρα των ασθενών, συσχετιζόταν ισχυρά τόσο με το ADAR1p150 όσο και με τα επίπεδα του RNA editing. Συμπερασματικά, προτείνουμε πως το RNA editing μπορεί να δρα ως ένα επιπρόσθετο, μετα-μεταγραφικό επίπεδο ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης στη ΡΑ.