Nous aspectes fisiopatogènics en la dermatomiositis

Abstract

Les miopaties inflamatòries són un grup de malalties neuromusculars molt heterogeni que es caracteritzen clínicament per la presència de debilitat muscular que pot arribar a ser invalidant. Aquest grup de malalties inclou la dermatomiositis (DM), la polimiositis, la miopatia per cossos d’inclusió i recentment s’hi ha inclòs la miopatia necrotitzant autoimmune. Per arribar a un diagnòstic precís és necessari l’estudi de la biòpsia muscular entre d’altres paràmetres clínics. La biòpsia muscular d’aquest grup de pacients es caracteritza per la presència d’infiltrats inflamatoris que fenotípicament i quantitativament varia a cada entitat. A més, s’observa la sobreexpressió del complexe major d’histocompatibilitat de classe I (MHC-I) a les fibres musculars havent-li atribuït un paper patogènic. Fins ara no hi ha evidències de l’etiologia de la DM, havent-hi dues hipòtesis principals: la primera considera que la malaltia comença amb un atac autoimmune contra un antigen desconegut de l’endoteli muscular provocant la destrucció dels capil•lars i una hipòxia tissular. De fet a les biòpsies de pacients amb DM és característica una disminució dels capil·lars que, com a conseqüència, es pensa que provoca la típica atròfia perifascicular. La segona atribueix un paper principal a l’ interferó (IFN) ja que múltiples gens induïts per IFN s’han trobat sobreregulats a la DM. L’origen de l’IFN s’ha atribuït als infiltrats inflamatoris. Per estudiar específicament la contribució del múscul a la patogènia d’aquestes malalties, evitant l’efecte confusor dels infiltrats inflamatoris, vam aïllar fibres musculars patològiques mitjançant microdissecció làser a partir de biòpsies musculars d’aquests pacients. L’anàlisi transcriptòmic de les fibres aïllades va demostrar una contribució específicament a la DM de la immunitat innata, de l’IFN de tipus I (IFN-I) i de la hipòxia. En particular, es va observar una sobreregulació de RIG-I a la DM, un receptor de la immunitat innata induïble per IFN i que fisiològicament reconeix àcids nucleics vírics per iniciar una resposta antivírica a través de IFN-I. Els estudis de immunofluorescència van demostrar que la sobreexpressió de RIG-I colocalitzava amb fibres MHC-I positives a la DM. Els estudis in vitro utilitzant miotubs humans va demostrar la capacitat de RIG-I d’induïr una resposta de IFNβ –un subtipus de IFN-I- i com a conseqüència es sobreexpressava MHC-I i altre vegada RIG-I suggerint un mecanisme inflamatori auto-sustentat a la DM. A partir d’aquest primer resultat l’estudi va evolucionar al paper de la hipòxia en relació a la immunitat innata. La hipòxia està modulada principalment per un factor de transcripció clau anomenat HIF1α que indueix l’expressió de gens que continguin al seu promotor unes seqüències específiques. Els estudis in silico i in vitro van demostrar que RIG-I és un gen induït per HIF1α. Els resultats experimentals conclouen que la hipòxia és un fenomen primerenc en la seqüència d’esdeveniment fisiopatogènics en la DM ja que la sobreexpressió de RIG-I era capaç d’induir la seva activació i per tant, de promoure l’expressió d’IFN-I i en canvi, l’expressió de HIF1α no es modificava per l’estimulació amb interferons. Finalment es va avaluar la utilitat de RIG-I com a biomarcador histològic per la DM. A partir de 115 biòpsies musculars incloent malalties neuromusculars que podien confondre’s clinicament o histologicament amb la DM, vam demostrar que RIG-I és un biomarcador mes sensible que la atrofia perifascicular per la DM (50% a la DM vs 11% a la resta). De fet, en els pacients amb DM on a la biòpsia l’atròfia perifascicular no era evident, un 32% dels pacients eren RIG-I positius. Analitzant la reproductibilitat de la interpretació de l’atròfia perifascicular i RIG-I, vam trobar que RIG-I era un biomarcador més fàcilment interpretable que la atrofia perifascicular. Com a conclusió, aquesta tesi unifica les dues hipòtesis patogèniques actuals sobre la DM on la hipòxia es el primer esdeveniment que a través de RIG-I explica la signatura de IFN-I.

Inflammatory myopathies are an heterogeneous group of neuromuscular diseases that are clinically characterized by the presence of muscle weakness that leads to disability. This group of diseases includes dermatomyositis (DM), polymyositis, inclusion body myositis and recently, necrotizing autoimmune myopathies have also been included. The study of the muscle biopsy, among other parameters, is necessary to obtain an accurate diagnosis. The muscle biopsy of these patients is characterized by the presence of inflammatory infiltrates that vary phenotypically and quantitatively in each entity. However, overexpression of the major histocompatibility complex class I (MHC-I) is shared by all these entities and it is believed that it has a pathogenic role. Until now, the etiology of DM is a matter of debate but there are two main hypotheses: The first hypothesis considers that the disease starts with an autoimmune attack against unknown antigens in the endothelium leading to the destruction of capillaries promoting, eventually, tissular hypoxia and muscle fiber atrophy. In fact, in the muscle biopsies of DM patients there is a characteristic reduction in the number of capillaries and perifascicular atrophy. The second hypothesis is based on the role of type I interferons (IFN-I). Experiments of gene expression analysis have demonstrated upregulation of multiple IFN-I-induced genes in DM. The origin of this IFN-I has been attributed to perimysial inflammatory infiltrates. To study the pathological mechanisms that occur specifically in the muscle fibers we isolated MHC-I positive muscle fibers using laser-microdissection from the muscle biopsies of these patients. This technology allowed us to exclude inflammatory infiltrates that could interfere with the results. The transcriptomic profile of the isolated fibers demonstrated a significant contribution of innate immunity, IFN-I and hypoxia specifically in DM. In particular, we observed the upregulation of RIG-I in DM, a receptor of the innate immunity that recognizes nucleic acids derived from virus to initiate an antiviral response and promoting IFN-I. Immunofluorescence studies demonstrated that RIG-I is overexpressed in MHC-I-expressing fibers in DM. In vitro studies using human myotubes showed the ability of RIG-I to induce the secretion of IFNβ – an IFN-I subtype – and as a consequence, induced the expression of MHC-I and RIG-I itself, suggesting a self sustained autoimmune mechanism in DM. These results prompted us to evaluate the relation between hypoxia and innate immunity. Hypoxia is mainly modulated by a key transcription factor named HIF1α that induces the expression of genes that contain specific sequences in its promoter. Our studies in silico and in vitro demonstrated that RIG-I is an HIF-inducible gene. From these studies, we concluded that hypoxia is a primary event in the pathogenic sequence of events in DM because the overexpression of RIG-Iwas able to induce its own activation promoting the expression of IFN-I-stimulated genes. In contrast, the expression of HIF1α was not modified by the stimulation of IFNs. Finally we evaluated the utility of RIG-I as a histological biomarker for DM. We studied 115 muscle biopsies using immunohistochemistry including diseases that may be confused clinically or histologically with DM. We demonstrated that RIG-I has a higher sensitivity than perifascicular atrophy for DM diagnosis (50% in DM vs 11 % in non-DM). Interestingly, 32% of patients with DM in whom perifascicular atrophy was not evident, showed expression of RIG-I at the perifascicular areas. We analyzed the reproducibility of perifascicular atrophy and RIG-I staining and we found that RIG-I has a higher reproducibility and therefore constitutes a more easily interpretable biomarker than perifascicular atrophy. We conclude that this thesis unifies both current hypotheses on DM pathogenesis and shows that hypoxia contributes to the pathology of DM by activating the RIG-I signaling pathway and consequently inducing IFN-I expression.