la genética mitocondrial en la artrosis

I g n a c i o R e g o - P é r e z , P h D

G r u p o d e R e u m a t o l o g í a , S e r v i c i o d e G e n ó m i c a

I N I B I C - C H U A C o r u ñ a

Ignacio Rego-Pérez 1

La artrosis es una enfermedad heterogénea de las articulaciones móviles que

se caracteriza por un estrés celular y una degradación de la matriz extracelular

del cartílago articular, iniciada por micro y macro-lesiones que activan

respuestas de reparación inadecuadas que incluyen rutas pro-inflamatorias de

inmunidad innata. La enfermedad (disease) se manifiesta, en primer lugar,

como un desorden molecular (metabolismo anormal del tejido) seguido de

desórdenes anatómicos y/o fisiológicos (degradación del cartílago,

remodelación ósea, formación de osteofitos, inflamación articular y pérdida de

la función normal de la articulación) que culmina con la manifestación

fenotípica de la enfermedad (illness)

Kraus et al. Osteoarthritis Cartilage 2015

2 Ignacio Rego-Pérez

3

ALTA PREVALENCIA

INCAPACIDAD FUNCIONAL

ELEVADOS COSTES

ECONÓMICOS

DETERIORO EN LA

CALIDAD DE VIDA

DEGENERATIVA

DOLOR

RIGIDEZ

POLIARTICULAR

PRÓTESIS MEDICACIÓN PALIATIVA

Ignacio Rego-Pérez

4

Es importante dedicar todo tipo de recursos, humanos y

económicos, para la investigación en artrosis

Ignacio Rego-Pérez

5

TABACO

PROFESIÓN HÁBITOS DE ALIMENTACIÓN

EDAD SEXO RAZA

PESO

DEPORTE

GENES

ARTROSIS

FACTORES NO MODIFICABLES

FACTORES MODIFICABLES

Ignacio Rego-Pérez

6

Patogénesis Tratamiento personalizado

Diagnóstico precoz de fenotipos de Artrosis y

pronóstico: Biomarcadores

Ignacio Rego-Pérez

7

Proteicos

Colágeno tipo II

Ácido hialurónico

MMPs

…

Genéticos

Biomarcadores

Haplogrupos

mitocondriales

+

Ignacio Rego-Pérez

8

Consolidated

OA

Healthy Osteoarthritis

Sym

pto

ms

Ima

gin

g

MR

I X

R

Ignacio Rego-Pérez

Ruiz-Romero C et al. Expert Rev Proteomics 2015

9

Early

OA

Consolidated

OA

Sym

pto

ms

Ima

gin

g


MR

I X

R

Ignacio Rego-Pérez


10

Very Early

OA

Early

OA

Consolidated

OA

Sym

pto

ms

Ima

gin

g

Molecular

Biomarker

s

DNA

Protein

s Metabolites

OA Risk Factors

Predictive Risk Index OA (PRIOA)


MR

I X

R

RNA

Ignacio Rego-Pérez


13

La disfunción mitocondrial está presente en la Artrosis

Ignacio Rego-Pérez

14

1. Proceso: Fosforilación oxidativa.

2. Mecanismo: Cadena Respiratoria Mitocondrial (CRM):

Cuatro complejos (I-IV);

Complejo V: ATP-asa

CRM dañada: ↓ATP; ↑ROS y despolarización mitocondrial

Ignacio Rego-Pérez

15

Maneiro et al. Arthritis Rheumatism 2003

Ignacio Rego-Pérez

16

Blanco et al. Nat Rev Rheumatol 2011

Ignacio Rego-Pérez

17

Ruiz-Romero et al. Mol Cell Proteomics 2009

Ignacio Rego-Pérez

18

THIM

KAD4

ISOC2

TRAP1 SCOT

NDUV1

NDUFS8

OPA1

VDAC2

HIBCH

IDH3A ECHA

ODPA SOD2 IDHP

SDHA

ETFA

IMMT

Oxidative stress

Apoptosis

Mitochondrial membrane

Respiratory chain

ATP synthesis

Metabolism

Lipids

AA

Energy production

CH

Piruvate

Increased proteins

Decreased proteins

Ignacio Rego-Pérez

Ruiz-Romero et al. Mol Cell Proteomics 2009

Genomica 19

Pero, por qué se produce la disfunción mitocondrial?

20

m.7028C>T

m.14766T>C

m.4580G>A

m.12308A>G

m.4216T>C

m.10029A>G

m.14470T>C

m.8994G>A

m.10398A>G

m.10400C>T

m.414T>G m.408T>A m.189A>G m.150C>T

Molécula circular de 16,569 pb

Codifica para 37 genes mitocondriales:

13 péptidos esenciales de la

cadena respiratoria mitocondrial

22 RNAs de transferencia

2 RNAs ribosómicos (12S y 16S)

Herencia materna

Escasa recombinación

Alta tasa de mutación

Mecanismos de reparación

deficientes

Ausencia de histonas

Alta exposición a ROS

Cada célula presenta entre 1000

y 10.000 copias

CARACTERÍSTICAS

Ignacio Rego-Pérez

21

PATOLOGÍAS ASOCIADAS A POLIMORFISMOS EN EL ADN MITOCONDRIAL

Ignacio Rego-Pérez

22

Grupos de secuencias de ADNmt definidas por la existencia de sitios polimórficos

estables en diferentes regiones del propio ADN mitocondrial

Acumulación secuencial de mutaciones a lo largo de diferentes linajes maternos, los cuales

han ido divergiendo a medida que las poblaciones colonizaban diferentes regiones

geográficas, sufriendo un proceso de adaptación climática

Son una consecuencia directa de la herencia materna y la alta tasa de mutación del ADNmt

Son continente-específicos

PATOLOGÍAS

RELACIONADAS CON LOS HAPLOGRUPOS

Leber

Cardiopatías

Encefalopatías

Sordera

Parkinson

Alzheimer

Artrosis

Ignacio Rego-Pérez

24

Baja Producción de Energia (ATP)

Alta Produccion de Calor

Cluster mitocondrial JT

Alta Producción de Energia (ATP)

Baja Produccion de Calor

Cluster mitocondrial HV y haplogrupos Africanos

Zonas Frias Zonas Cálidas

Adaptación Climática de la mitocondria

Ignacio Rego-Pérez

Condiciona nuestra salud hoy en día

Blanco F et al. Nat Rev Rheumatol 2011

25

Very Early

OA

Molecular

Biomarker

s

DNA

Protein

s Metabolites

OA Risk Factors



RNA

Ignacio Rego-Pérez

26

Biomarcadores genéticos diagnóstico

Biomarcadores genéticos de severidad

Biomarcadores genéticos complementarios

Biomarcadores genéticos de progresión

Ignacio Rego-Pérez

27

Rego-Pérez et al. Arthritis Rheumatism 2008

Ignacio Rego-Pérez

28

El haplogrupo mitocondrial J se asocia con un menor riesgo de desarrollar

Artrosis de rodilla en la población Gallega


Ignacio Rego-Pérez

29

El haplogrupo mitocondrial J se asocia con un menor riesgo de desarrollar

Artrosis de cadera en la población Gallega

Rego et al. Ann Rheum Dis 2009

Ignacio Rego-Pérez

31

El haplogrupo mitocondrial T se asocia con un menor riesgo de desarrollar

Artrosis de rodilla en la población Inglesa

Soto-Hermida et al. Mitochondrion 2014

Ignacio Rego-Pérez

34

El haplogrupo mitocondrial J se asocia con una menor severidad

radiológica de Artrosis de rodilla


Ignacio Rego-Pérez

35

Los haplogrupos mitocondriales modulan los niveles séricos de biomarcadores de colágeno tipo II

N = 150 muestras (75 OA and 75 sanos)

Rego-Pérez et al. Ann Rheum Dis 2010

Ignacio Rego-Pérez

36

Rego-Pérez et al. Ann Rheum Dis 2010

Ignacio Rego-Pérez

37

Los haplogrupos mitocondriales definen fenotipos diferentes de Artrosis

Fernández-Moreno et al. Frontiers in Physiol 2012

Ignacio Rego-Pérez

38


Haplogrupo H Haplogrupo J

Ignacio Rego-Pérez

39


Ignacio Rego-Pérez

40

Cohorte de seguimiento Americana del OAI

(Osteoarthritis Initiative)

Cohorte Gallega PROCOAC (PROspective Cohort

of OA from Coruña)

Cohorte Holandesa CHECK (Cohort hip and cohort

knee)

Meta-análisis de progresión de las tres cohortes

Ignacio Rego-Pérez

42

INCIDENCIA

4796 122

PROGRESIÓN

SANOS

COHORTE CAUCÁSICA

INCIDENCIA 1483

PROGRESIÓN 891

Ignacio Rego-Pérez

Radiographic OA progression

Study cohort

Variable Progression criteria

KL Grade Increase of at least one KL grade at any knee

Osteophytes Increase of at least one OARSI atlas grade at any knee

Sclerosis Increase of at least one OARSI atlas grade at any knee

JSN Increase in score by a grade of 0.5 at any knee

mJSW at x=0.225 Difference between baseline and 48 months in JSN and non-JSN knees


Individuals with Caucasian ancestry of the OAI cohort

Progression subcohort: 891 OA patients Follow-up period: 48 months

Soto-Hermida et al. PLoS One 2014

44

12

17

22

27

32

37

42

47

12 24 36 48

% C

UM

ULA

TIV

E P

RO

BA

BIL

ITY

MONTHS

KL

H J T K U Others

5

10

15

20

25

30

12 24 36 48

% C

UM

ULA

TIV

E P

RO

BA

BIL

ITY

MONTHS

JSN

H J T K U Others

p<0,05

22

27

32

37

42

47

52

12 24 36 48

% C

UM

ULA

TIV

E P

RO

BA

BIL

ITY

MONTHS

OSTEOPHYTES

p<0,05

15

20

25

30

35

40

12 24 36 48

% C

UM

ULA

TIV

E P

RO

BA

BIL

ITY

MONTHS

SCLEROSIS

p<0,05

p<0,05

Ignacio Rego-Pérez

45

Months 0 12 24 36 48

Medial Joint Space Width (mJSW)

mtDNA haplogroups

Ignacio Rego-Pérez

Patients with unilateral medial JSN at baseline (N=249)

Inclusion criteria

48

x = 0.225

Medial Joint Space Width (mJSW)

Difference in mJSW at x=0.225

between baseline and visit 6 (48

months) for JSN knees

Difference in mJSW at x=0.225

between baseline and visit 6 (48

months) for non JSN knees

Haplogroup (N) N=249

Mean ± SD Mean ± SD

H (99) 0,5587 ± 0.7361 0,3914 ± 0.9449

J (29) 0,6697 ± 0.7245 0,6745 ± 0.8300

T (25) 0,4924 ± 0.5980 0,1044 ± 0.5293

K (15) 0,538 ± 0.4391 0,7447 ± 1.2099

U (40) 0,6327 ± 0.9615 0,5395 ± 0.9003

Others (41) 0,6883 ± 0.7229 0,4407 ± 0.6188

p-value N.S 0.027*

* Multivariant analysis adjusting by age, gender and BMI at baseline; N.S: non significant; SD: standard deviation

Ignacio Rego-Pérez


CLASSIFICATION OF SAMPLES ACCORDING TO PROJECTS

PROYECTO MUESTRAS RODILLA SAMPLES CHARACTERISTICS

9

381

Derecha

e Izquierda

-Subcohorte de Progresión -OA sintomática en al menos una rodilla: osteofitos (grados 1-3) y síntomas frecuentes de OA en la misma rodilla. -Grado KL 2 o 3.

Resonancia magnética

Medidas cuantitativas de morfología del cartílago (grosor y volumen en el compartimento medial) a partir de imágenes de Resonancia Magnética (Felix Eckstein:

Chondrometrics -Germany- and Paracelsus -Austria-). Estudio prospectivo a 2 años

50

*

* *

*

p=0,011

p=0,019 p=0,018

p=0,013


Ignacio Rego-Pérez

51

*

*

*

*

p=0,023

p=0,030

p=0,015 p=0,015


Ignacio Rego-Pérez

52

Study group (follow-up period: 8 years)

2579 OA patients with Caucasian ancestry from the Osteoarthritis Initiative (OAI)

with KL grade = 0 - 1 at baseline in one or both knees, of which:

543 patients developed incident knee OA during the follow-up period

2036 patients remained stable during the follow-up period

1170 OA patients with KL>=2 at baseline in both knees (or missing data) were not

considered

Ignacio Rego-Pérez

53

Unpublished data

Ignacio Rego-Pérez

54

Unpublished data

Ignacio Rego-Pérez

AUC=0,654

Progresión radiológica

Cohorte de estudio

Variable Criterio de progresión

Grado KL Incremento de, al menos, 1 grado KL durante el seguimiento

Prótesis Pacientes que progresan a prótesis durante el período de seguimiento


Pacientes gallegos con artrosis

Cohorte de progresión: 281 pacientes Período de seguimiento no inferior a 36 meses

Soto-Hermida et al. Rheumatology Int 2015

57


Ignacio Rego-Pérez

Progresión radiológica en base a incremento en el grado KL

58


Ignacio Rego-Pérez

Progresión radiológica en base a colocación de prótesis

59


Ignacio Rego-Pérez

Incident and radiographic OA progression

Study cohort

Variable Criteria described in Thortensson et al. 2009 Ann Rheum Dis

Rx. progression Change from KL=1 to any higher grade

Incident knee OA Change from KL=0 to grade ≥ 1 from baseline to follow-up


Individuals of the CHECK cohort

Progression subcohort (KL = 1 at baseline in either knee): 431 OA patients Incidence subcohort (KL = 0 at baseline in either knee): 635 subjects Follow-up period: 96 months

Fernández-Moreno et al. OaC 2015 in press


KL: Kellgren and Lawrence; (¥): cumulative osteoarthritis progression rate in terms of KL grade after 96 months of follow-up;

HR: hazard ratio; CI: confidence interval; (#): confidence intervals for the hazard ratios obtained using the bootstrap methodology by the improved percentile method; (*): statistical significance declared at p ≤ 0.05.

Table IV. Cumulative probability of OA progression at 96 months, attending to KL grade, according to

mtDNA haplogroups and mtDNA clusters and results of the extended Cox proportional hazard model Variables N(% Progressors)

¥ HR 95%CI

Gender (male) 0.847 0.580 – 1.172

Age 1.018 0.993 – 1.045

BMI 1.046 1.018 – 1.073*

WOMAC (total) 1.005 0.997 – 1.013

Bilateral OA at baseline 2.266 1.733 – 2.954*

mtDNA haplogroups (N=431)

H (n=182) 124 (68.1%) 1

UK (n=90) 62 (68.8%) 0.927 0.675 – 1.276

T (n=53) 28 (52.8%) 0.645 0.419 – 0.978*

J (n=44) 25 (56.8%) 0.776 0.507 – 1.218

Others (n=62) 43 (69.3%) 0.979 0.682 – 1.395

Gender (male) 0.848 0.595 – 1.229 Age 1.018 0.994 – 1.045

BMI 1.046 1.017 – 1.072*

WOMAC (total) 1.005 0.997 – 1.013

Bilateral OA at baseline 2.257 1.730 – 2.940*

mtDNA clusters (N=431)

HV(n=202) 138 (68.3%) 1

KU (n=90) 62 (68.8%) 0.935 0.678 – 1.300

TJ (n=97) 54 (55.6%) 0.707 0.501 – 0.965*

Others (n=42) 29 (69.0%) 1.017 0.654 – 1.492


Radiographic OA progression


Table III. Cumulative probability of incident knee OA at 96 months according to mtDNA haplogroups and

mtDNA clusters and results of the extended Cox proportional hazard model Variables N(% Incidence)

¥ HR 95%CI

Gender (male) 0.869 0.698 – 1.043

Age 1.007 0.990 – 1.026

BMI 1.005 0.987 – 1.025

WOMAC (total) 1.006 1.001 – 1.012*

Contralateral OA at baseline 1.313 1.087 – 1.576*

mtDNA haplogroups (N=635)

H (n=269) 248 (92.2%) 1

UK (n=144) 126 (87.5%) 0.849 0.682 – 1.035

T (n=68) 64 (94.1%) 1.133 0.850 – 1.447

J (n=56) 46 (82.1%) 0.728 0.469 – 0.998*

Others (n=98) 86 (87.7%) 0.810 0.627 – 1.032

KL: Kellgren and Lawrence; (¥): cumulative incident knee OA rate after 96 months of follow-up; HR: hazard ratio; CI:

confidence interval; (#): confidence intervals for the hazard ratios obtained using the bootstrap methodology by the improved percentile method; (*): statistical significance declared at p ≤ 0.05

Gender (male) 0.881 0.711 – 1.069 Age 1.005 0.986 – 1.022

BMI 1.005 0.987 – 1.025

WOMAC (total) 1.006 1.001 – 1.012*

Contralateral OA at baseline 1.295 1.051 – 1.542*

mtDNA clusters (N=635)

HV (n=301) 276 (91.7%) 1

KU (n=144) 126 (87.5%) 0.913 0.686 – 1.180

TJ (n=124) 111 (89.5%) 1.041 0.823 – 1.302

Others (n=66) 58 (87.9%) 0.892 0.634 – 1.265


Incident knee OA


N=1603 pacientes

Manuscrito en preparación 2015


HV vs TJ




KU vs TJ

66

Very Early

OA

Sym

pto

ms

Ima

gin

g

Molecular

Biomarker

s

DNA

Protein

s Metabolites

OA Risk Factors



MR

I X

R

RNA

Ignacio Rego-Pérez



Grupo de Reumatología (Servicio de Genómica) del INIBIC

•Dr. Francisco Blanco García

•Ignacio Rego Pérez •D. Angel Soto Hermida •Dr. Juan Fernández Tajes •Dra. Mercedes Fernández Moreno •Dña. Sara Relaño Fernández •Dña. María E. Vázquez Mosquera

•Dña. Estefania Cortés Pereira •Dra. Natividad Oreiro Villar •Dr. Carlos Fernández-López •Dra. Mercedes Freire González

Agradecimientos

•Dra. Sonia Pértega Díaz

Unidad de Epidemiología y Salud Pública


Muchas gracias por vuestra atención!

la genética mitocondrial en la artrosis

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