Novel therapeutic approaches for Cutaneous Lupus Erythematosus (CLE): The role of microRNAs and Thalidomide

Abstract

El lupus eritematós cutani (LEC) és una malaltia autoimmune crònica que inclou manifestacions heterogènies i pot presentar-se com una entitat individual o com una manifestació de lupus eritematós sistèmic (ELS). La patogénesis del LEC és multifactorial i intervenen la predisposició genètica, els factors ambientals i les anomalies de la resposta immune. No obstant això, l’etiologia del LEC continua sent desconeguda, així com els mecanismes patològics i moleculars complets dels seus subtipus més prevalents: Lupus Eritematós Cutani Subagut (LSA) i Lupus Eritematós Discoide (LED) que malgrat compartir similituds histològiques, clínicament difereixen en el seu curs i pronòstic, la qual cosa suggereix una patogénesis diferent. El fet que els mecanismes en la patogénesis del LEC siguin actualment desconeguts, implica que les opcions terapèutiques per a aquesta afecció no incloguin fàrmacs específics aprovats i hagin de determinar-se empíricament per a cada pacient. La talidomida, és un fàrmac molt eficaç per al LEC, amb una eficàcia clínica que oscil·la entre el 80-90%. No obstant això, el seu ús està restringit a causa dels seus importants efectes secundaris, com la teratogenicitat i la neuropatía perifèrica. És necessari conèixer millor les bases moleculars i genètiques del LEC, així com el mecanisme d’acció de la talidomida, per a la identificació de noves dianes terapèutiques. En aquest projecte, el capítol 1 s’ha centrat en explorar el paper dels miRNAs en el CLE. Els microRNAs, són petits RNAs no codificants que regulen nombrosos processos cel·lulars en condicions fisiològiques normals i poden estar desregulats, promovent una expressió gènica aberrant. Mitjançant la realització d’un bioxip en la pell lesional i no lesional de pacients amb LEC, s’ha trobat que el Lupus Discoide presenta un perfil específic de miRNAs en comparació amb el Lupus Subagut. El miR-31 i miR-485-3p han estat identificats com miRNAs regulats a l’alça en la pell lesional del LEC i el seu paper ha estat examinat mitjançant experiments in vitro: el miR-31 promou la inflamació epidèrmica dependent de NF-κB i l’apoptosi, mentre que miR-485-3p promou l’activació de les cèl·lules T i la fibrosi. A continuació, centrant-nos en els miRNAs comunament desregulats en el LEC (incloent tant el LED com el LSA), el miR-885-5p està desregulat i promou la proliferació epidèrmica i també la inflamació a través de PSMB5 i la posterior regulació de NF-κB, i el reclutament de leucòcits a través de TRAF1. A continuació, en el capítol 2, s’ha examinat el paper de la talidomida realitzant la seqüenciació d’ARN en biòpsies de pell de pacients pre i post tractats amb talidomida juntament amb una anàlisi de biologia de sistemes i s’ha descobert que actua modulant dues vies dependents de CRBN-CRL4A: IRF4/NF-κB i AMPK1/mTOR, Finalment, en el capítol 3, s’ha examinat la relació de la talidomida amb els microARN d’interès i hem descobert que el miR-31 i miR-885-5p, que regulen el NF-κB, estan modulats tant en la pell de pacients respondedores tractats amb talidomida com in vitro amb queratinòcits primaris tractats amb talidomida. En conjunt, les nostres troballes proporcionen informació sobre el mecanisme patogènic molecular en el LEC i en el subtipus de LED, així com el mecanisme molecular d’acció de la talidomida en el LEC. S’han identificat noves dianes terapèutiques, com els miRNAs descoberts o les vies moleculars afectades per la talidomida. A més, tant els miRNAs com la talidomida afecten la via del NF-κB, destacant que aquesta via és crucial en el LEC i donant suport a l’estudi de la senyalització del NF-κB com a nova diana terapèutica per al LEC.

El lupus eritematoso cutáneo (LEC) es una enfermedad autoinmune crónica que incluye manifestaciones heterogéneas y puede presentarse como una entidad individual o como una manifestación de lupus eritematoso sistémico (LES). La patogénesis del LEC es multifactorial e intervienen la predisposición genética, los factores ambientales y las anomalías de la respuesta inmune. Sin embargo, la etiología del LEC sigue siendo desconocida, así como los mecanismos patológicos y moleculares completos de sus subtipos más prevalentes: Lupus Eritematoso Cutáneo Subagudo (LSA) y Lupus Eritematoso Discoide (LED) que pesar de compartir similitudes histológicas, clínicamente difieren en su curso y pronóstico, lo que sugiere una patogénesis diferente. El hecho de que los mecanismos en la patogénesis del LEC sean actualmente desconocidos, implica que las opciones terapéuticas para esta afección no incluyan fármacos específicos aprobados y deban determinarse empíricamente para cada paciente. La talidomida, es un fármaco muy eficaz para el LEC, con una eficacia clínica que oscila entre el 80-90%. Sin embargo, su uso está restringido debido a sus importantes efectos secundarios, como la teratogenicidad y la neuropatía periférica. Es necesario conocer mejor las bases moleculares y genéticas del LEC, así como el mecanismo de acción de la talidomida, para la identificación de nuevas dianas terapéuticas. En este proyecto, el capítulo 1 se ha centrado en explorar el papel de los miRNAs en el CLE. Los microRNAs, son pequeños RNAs no codificantes que regulan numerosos procesos celulares en condiciones fisiológicas normales y pueden estar desregulados, promoviendo una expresión génica aberrante. Mediante la realización de un microarray en la piel lesional y no lesional de pacientes con LEC, se ha hallado que el Lupus Discoide presenta un perfil específico de miRNAs en comparación con el Lupus Subagudo. El miR-31 y miR-485-3p han sido identificados como miRNAs regulados al alza en la piel lesional del LEC y su papel ha sido examinado mediante experimentos in vitro: el miR-31 promueve la inflamación epidérmica dependiente de NF-κB y la apoptosis, mientras que miR-485-3p promueve la activación de las células T y la fibrosis. A continuación, centrándonos en los miRNAs comúnmente desregulados en el LEC (incluyendo tanto el LED como el LSA), el miR-885-5p está desregulado y promueve la proliferación epidérmica y también la inflamación a través de PSMB5 y la posterior regulación de NF-κB, y el reclutamiento de leucocitos a través de TRAF1. A continuación, en el capítulo 2, se ha examinado el papel de la talidomida realizando la secuenciación de ARN en biopsias de piel de pacientes pre y post tratados con talidomida junto con un análisis de biología de sistemas y se ha descubierto que actúa modulando dos vías dependientes de CRBN-CRL4A: IRF4/NF-κB y AMPK1/mTOR, Por último, en el capítulo 3, se ha examinado la relación de la talidomida con los microARN de interés y hemos descubierto que el miR-31 y miR-885-5p, que regulan el NF-κB, están modulados tanto en la piel de pacientes respondedores tratados con talidomida como in vitro con queratinocitos primarios tratados con talidomida. En conjunto, nuestros hallazgos proporcionan información sobre el mecanismo patogénico molecular en el LEC y en el subtipo de LED, así como el mecanismo molecular de acción de la talidomida en el LEC. Se han identificado nuevas dianas terapéuticas, como los miRNAs descubiertos o las vías moleculares afectadas por la talidomida. Además, tanto los miRNAs como la talidomida afectan a la vía del NF-κB, destacando que esta vía es crucial en el LEC y apoyando el estudio de la señalización del NF-κB como nueva diana terapéutica para el LEC.

Cutaneous Lupus Erythematosus (CLE) is a chronic autoimmune disease that includes heterogenous cutaneous manifestations and can be presented as an individual disease or as a manifestation of Systemic Lupus Erythematosus (SLE). CLE pathogenesis is multifactorial and involves genetic predisposition, environmental factors and immune response abnormalities. However, etiology of CLE still remains unknown as well as the complete pathological and molecular mechanisms of CLE subtypes: Subacute Cutaneous Lupus Erythematosus (SCLE) and Discoid Lupus Erythematosus (DLE) which are the most prevalent forms, and despite sharing histological similarities, clinically they differ in their course and prognosis, suggesting different pathogenesis. The fact that the mechanisms in CLE pathogenesis are currently unknown, implies that therapeutic options for this condition do not include approved specific drugs and need to be empirically determined for individual patients. Thalidomide, is an highly effective drug for CLE, showing clinical efficacy that ranges between 80-90%. However its use is restricted due to its important side effects such as teratogenicity and peripheral neuropathy. Therefore, an enhanced understanding of the molecular and genetic basis of the disease as well as thalidomide mechanism of action is a requirement to improve the search for novel therapeutic targets. In this project, the chapter 1 has been focused in exploring the role of miRNAs in CLE. MicroRNAs, are small noncoding RNAs that regulate numerous cellular processes in normal physiological conditions and in disease they may be deregulated, promoting aberrant gene expression. By performing a microarray in CLE lesional skin and non-lesional skin from paired patients we have found that the DLE subtype presents a specific miRNA signature compared with SCLE. miR-31 and miR-485-3p have been identified as a miRNAs upregulated in DLE lesional skin and their role has been examined by in vitro experiments: miR-31 promotes NF-κB dependent epidermal inflammation and apoptosis, whereas miR-485-3p promotes T cell activation and fibrosis. Next, focusing on the common deregulated miRNAs in CLE (including both DLE and SCLE) we have found that miR-885-5p is downregulated and it promotes epidermal proliferation and also inflammation through PSMB5 and posterior NF-κB upregulation, and immune recruitment through TRAF1. Next on chapter 2, the role of thalidomide has been examined by performing RNA sequencing in skin biopsies from paired patients before and after receiving thalidomide treatment together with system biology analysis and we have found that it may act by modulating de acts via two CRBN-CRL4A dependent pathways: IRF4/NF-κB and AMPK1/mTOR, Finally on chapter 3, microRNA expression has been examined after thalidomide and we have found that miR-31 and miR-885-5p, keratinocyte derived microRNAs that regulate NF-κB are modulated in both skin from responder patients treated with thalidomide and in vitro with primary cells treated with thalidomide. Taken together, our findings provide insights into molecular pathogenetic mechanism in CLE and in DLE subtype, as well as molecular mechanism of action of thalidomide in CLE. Novel therapeutic targets have been identified such as the discovered miRNAs or the molecular pathways affected by thalidomide. Moreover, both miRNAs and thalidomide affect NF-κB pathway, highlighting that this pathway is crucial in CLE and support the further study of NF-κB signaling as novel a therapeutic target for CLE.