Biomarker research in patients with recurrent cardiovascular disorders for the best clinical practice

Cardiovascular disorders (CVDs) remain one of the most common causes of death worldwide. They are characterized by a complicated pathophysiology and atherosclerosis seems to play a key role in their development. Despite current technological advances and therapeutic strategies, recurrent cardiovascular events are hard to predict, assess or prevent and thus, remain a hurdle for public health. This thesis aims to investigate the recurrence of CVDs and map inter-individual variability among patients in the Greek population. Different -omic approaches (genomics, epigenomics, and proteomics) were used to search for genotype-(clinical) phenotype correlations and develop a strategy to predict the recurrence (risk assessment) of CVDs based on candidate translational biomarkers of clinical relevance. Herein, multi-omics is chosen as the ideal strategy to reveal translational biomarkers of clinical importance in CVDs. Such synergy promotes data validity, particularly after the data and text mining processes that preceded the selection of the studied biomarkers. Proteomic analysis has been non-targeted in order to map the biological heterogeneity in question and generate mechanistic hypotheses. Our findings indicate that rs515135 (p<0.05) and rs11206510 (p<0.01) serve as potential biomarkers for the recurrence of CVDs in the Greek population. At the epigenomic level, miR-10a is differentially expressed (p=0.038) in patients suffering dysregulation of heart failure, compared to all patients with CVDs. Clinical proteomics datasets, not only support such findings, but also the role of miR-21 during the initial steps of atherosclerotic plaque formation and the miR-10a/ miR-20a synergy for the protection against it. Proteomic data analysis seems to empower genotype-clinical phenotype associations, despite inter-individual variability among patients and clinical phenotypes. In total, proteomics indicates the important role of inflammation-related proteins as well as the cross-section and physiopathology of blood vessels and the key role of cholesterol. This research strategy serves as a paradigm for the application of multi-omics and its ability to map biological heterogeneity, focusing on clinical importance, devoid of biological noise. Indeed, herein, each research and conceptual step (data and text mining, SNPs, miRs, and proteome) are interrogated for their validity; each step is enriched and in turn, it enriches one another, ideally translating information growth to knowledge growth.Οι καρδιαγγειακές διαταραχές αποτελούν μια από τις πιο κοινές αιτίες θανάτου παγκοσμίως και έχουν σύνθετη παθοφυσιολογία. Φαίνεται ότι καθοριστικό ρόλο στην εμφάνισής τους διαδραματίζει ο σχηματισμός αθηρωματικής πλάκας και η αθηροσκλήρωση. Παρόλη την τεχνολογική ανάπτυξη στην αντιμετώπιση καρδιαγγειακών διαταραχών, καθώς και στη βέλτιστη θεραπευτική προσέγγιση αυτών, παραμένει αυξημένο το ποσοστό επανεμφάνισης κάποιου καρδιαγγειακού επεισοδίου σε ένα άτομο μετά το πρώτο περιστατικό χωρίς τη δυνατότητα πρόβλεψης, εκτίμησης και πρόληψης αυτών. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η διερεύνηση της επανεμφάνισης των καρδιαγγειακών διαταραχών και η χαρτογράφηση της ετερογένειας μεταξύ ασθενών στον ελληνικό πληθυσμό. Μέσω της χρήσης διαφορετικών -ομικών προσεγγίσεων (γονιδιωματικής, επιγονιδιωματικής και πρωτεομικής) αναζητήθηκαν συσχετίσεις γονοτύπου-(κλινικού)φαινοτύπου και επιδιώχθηκε η χάραξη μιας στρατηγικής για την πρόβλεψη επανεμφάνισης (εκτίμηση κινδύνου) ενός καρδιαγγειακού επεισοδίου στη βάση υποψήφιων μεταφραστικών βιοδεικτών κλινικής σημασίας. Η στρατηγική πολλαπλών -ομικών προσεγγίσεων (πρωτεομικής, μεταβολομικής, επιγονιδιωματικής και γονιδιωματικής), στην παρούσα εργασία, επιλέγεται ως η ιδανική να συνεισφέρει στην ανάδειξη μεταφραστικών βιοδεικτών κλινικής σημασίας στις καρδιαγγειακές διαταραχές. Η εν λόγω συνέργεια προάγει την αξιοπιστία των ευρημάτων, ειδικότερα, υπό το πρίσμα της εξόρυξης δεδομένων και κειμένου που προηγήθηκε για την επιλογή των υπό μελέτη βιομορίων (μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών και miRs). H πρωτεομική ανάλυση, σημαντικά, υπήρξε μη στοχευμένη, ώστε να χαρτογραφήσει τη βιολογική ετερογένεια και να προάγει υποθέσεις εργασίας βάσει αυτής.Τα αποτελέσματα της παρούσας στρατηγικής υποδεικνύουν ως υποψήφιους βιοδείκτες για την επανεμφάνιση καρδιαγγειακών επεισοδίων στον ελληνικό πληθυσμό τους rs515135 (p<0.05) και rs11206510 (p<0.01). Σε επίπεδο επιγονιδιωματικής, πρωτίστως, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στα επίπεδα έκφρασης του miR-10a (p=0.038) στην ομάδα ασθενών με απορρύθμιση καρδιακής ανεπάρκειας, συγκριτικά με το σύνολο των ασθενών με καρδιαγγειακά επεισόδια. Τα δεδομένα κλινικής πρωτεομικής, σε κάθε περίπτωση, δρουν υποστηρικτικά των προαναφερθέντων ισχυρισμών ως προς τους rs11206510 και rs515135 και το miR-10a, αλλά και το miR-21 και τα πρώτα στάδια έναρξης της αθηρωματικής πλάκας, καθώς και τη συνέργεια των miR-10a/ miR-20a για την προστασία έναντι αυτής. Τα πρωτεομικά δεδομένα φαίνεται πως γεφυρώνουν τη συσχέτιση γονότυπου-κλινικού φαινότυπου, αν και ομοίως, μαρτυρούν την έντονη ετερογένεια μεταξύ των ασθενών και των κλινικών φαινότυπων. Πρωτεομικά, διαφαίνεται σημαντικός ο ρόλος των πρωτεϊνών που σχετίζονται με τη φλεγμονή, καθώς και τη διατομή και φυσιοπαθολογία των αιμοφόρων αγγείων, με κυρίαρχο το ρόλο της χοληστερόλης. Η παρούσα εργασία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα εφαρμογής της στρατηγικής των πολλαπλών -ομικών τεχνολογιών και της δυνατότητας αυτής να χαρτογραφεί ολιστικά τη βιολογική ετερογένεια, εστιάζοντας στην κλινική της σημασία, δίχως να «παραπλανείται» από τον βιολογικό θόρυβο. Πράγματι, στα πλαίσια της παρούσας διερεύνησης καθένα από τα ερευνητικά βήματα (εξόρυξη δεδομένων/κειμένου, γονιδιακές παραλλαγές, miRs και πρωτέομα) ελέγχεται για την αξιοπιστία του, εμπλουτίζεται και εμπλουτίζει, ιδανικά, μεταφράζοντας τον όγκο της πληροφορίας σε γνώση

Three-dimensional cell metabolomics deciphers the anti-angiogenic properties of the radioprotectant amifostine

Aberrant angiogenesis is a hallmark for cancer and inflammation, a key notion in drug repurposing efforts. To delineate the anti-angiogenic properties of amifostine in a human adult angiogenesis model via 3D cell metabolomics and upon a stimulant-specific manner, a 3D cellular angiogenesis assay that recapitulates cell physiology and drug action was coupled to untargeted metabolomics by liquid chromatography-mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy. The early events of angiogenesis upon its most prominent stimulants (vascular endothelial growth factor-A or deferoxamine) were addressed by cell sprouting measurements. Data analyses consisted of a series of supervised and unsupervised methods as well as univariate and multivariate approaches to shed light on mechanism-specific inhibitory profiles. The 3D untargeted cell metabolomes were found to grasp the early events of angiogenesis. Evident of an initial and sharp response, the metabolites identified primarily span amino acids, sphingolipids, and nucleotides. Profiles were pathway or stimulant specific. The amifostine inhibition profile was rather similar to that of sunitinib, yet distinct, considering that the latter is a kinase inhibitor. Amifostine inhibited both. The 3D cell metabolomics shed light on the anti-angiogenic effects of amifostine against VEGF-A- and deferoxamine-induced angiogenesis. Amifostine may serve as a dual radioprotective and anti-angiogenic agent in radiotherapy patients

A 3-miRNA Signature Enables Risk Stratification in Glioblastoma Multiforme Patients with Different Clinical Outcomes

Malignant gliomas constitute a complex disease phenotype that demands optimum decision-making as they are highly heterogeneous. Such inter-individual variability also renders optimum patient stratification extremely difficult. microRNA (hsa-miR-20a, hsa-miR-21, hsa-miR-21) expression levels were determined by RT-qPCR, upon FFPE tissue sample collection of glioblastoma multiforme patients (n = 37). In silico validation was then performed through discriminant analysis. Immunohistochemistry images from biopsy material were utilized by a hybrid deep learning system to further cross validate the distinctive capability of patient risk groups. Our standard-of-care treated patient cohort demonstrates no age- or sex- dependence. The expression values of the 3-miRNA signature between the low- (OS &gt; 12 months) and high-risk (OS &lt; 12 months) groups yield a p-value of &lt;0.0001, enabling risk stratification. Risk stratification is validated by a. our random forest model that efficiently classifies (AUC = 97%) patients into two risk groups (low- vs. high-risk) by learning their 3-miRNA expression values, and b. our deep learning scheme, which recognizes those patterns that differentiate the images in question. Molecular-clinical correlations were drawn to classify low- (OS &gt; 12 months) vs. high-risk (OS &lt; 12 months) glioblastoma multiforme patients. Our 3-microRNA signature (hsa-miR-20a, hsa-miR-21, hsa-miR-10a) may further empower glioblastoma multiforme prognostic evaluation in clinical practice and enrich drug repurposing pipelines

Development and Biological Characterization of a Novel Selective TrkA Agonist with Neuroprotective Properties against Amyloid Toxicity

Neurotrophins are growth factors that exert important neuroprotective effects by preventing neuronal death and synaptic loss. Nerve Growth Factor (NGF) acts through the activation of its high-affinity, pro-survival TrkA and low-affinity, pro-apoptotic p75NTR receptors. NGF has been shown to slow or prevent neurodegenerative signals in Alzheimer&rsquo;s Disease (AD) progression. However, its low bioavailability and its blood&ndash;brain-barrier impermeability limit the use of NGF as a potential therapeutic agent against AD. Based on our previous findings on synthetic dehydroepiandrosterone derivatives, we identified a novel NGF mimetic, named ENT-A013, which selectively activates TrkA and exerts neuroprotective, anti-amyloid-&beta; actions. We now report the chemical synthesis, in silico modelling, metabolic stability, CYP-mediated reaction phenotyping and biological characterization of ENT-A013 under physiological and neurodegenerative conditions. We show that ENT-A013 selectively activates the TrkA receptor and its downstream kinases Akt and Erk1/2 in PC12 cells, protecting these cells from serum deprivation-induced cell death. Moreover, ENT-A013 promotes survival of primary Dorsal Root Ganglion (DRG) neurons upon NGF withdrawal and protects hippocampal neurons against Amyloid &beta;-induced apoptosis and synaptic loss. Furthermore, this neurotrophin mimetic partially restores LTP impairment. In conclusion, ENT-A013 represents a promising new lead molecule for developing therapeutics against neurodegenerative disorders, such as Alzheimer&rsquo;s Disease, selectively targeting TrkA-mediated pro-survival signals