Búsqueda de biomarcadores de artrosis mediante técnicas proteómicas

[Resumen] La Artrosis (OA) es la enfermedad reumática más frecuente e invalidante a nivel mundial. Se caracteriza principalmente por una degradación progresiva del cartílago articular pero también por cambios en el hueso subcondral y la inflamación de la membrana sinovial. Pese a su elevada prevalencia, los métodos de diagnóstico actuales de la OA son poco sensibles y no existe tratamiento eficaz frente a la enfermedad. Estas limitaciones han originado un considerable interés por encontrar marcadores biológicos específicos que reflejen las variaciones cuantitativas y dinámicas de la remodelación de la articulación durante la artrosis. Teniendo en cuenta que el proceso de OA implica diferentes tejidos y complejos procesos biológicos, la estrategia diagnóstica más prometedora podría ser la combinación del estudio de diferentes biomarcadores con el fin de facilitar el diagnóstico precoz, evaluar la progresión de la enfermedad y posibilitar la monitorización de terapias alternativas. Así, en esta tesis se han empleado diferentes técnicas proteómicas de expresión diferencial basadas en espectrometría de masas y en arrays de proteínas para abordar el estudio de la búsqueda de potenciales biomarcadores de artrosis. En el primer trabajo presentado, se analizó el perfil de degradación del cartílago artrósico con la finalidad de identificar potenciales marcadores tempranos y de progresión de la enfermedad. Para ello, se utilizaron muestras de diferentes zonas del cartílago artrósico humano y también cartílago sano. En este estudio, se identificó un panel de 76 proteínas que estaban diferencialmente liberadas por el cartílago artrósico al compararlo con el cartílago sano. A continuación, se validó por inmunodetección el potencial de dos proteínas como marcadores de progresión de la degradación del cartílago artrósico. En el segundo trabajo, se utilizaron muestras de líquido sinovial de pacientes con OA y pacientes con artritis reumatoide (AR), con el objetivo de caracterizar el perfil proteico del líquido sinovial en la OA. Posteriormente, se validaron por inmunodetección los resultados obtenidos para 4 de las proteínas cuantificadas por espectrometría de masas. A continuación, utilizamos arrays de proteínas para buscar potenciales biomarcadores séricos de la OA. Así, en el tercer trabajo, se utilizaron muestras de suero de pacientes con artrosis, artritis reumatoide y controles sanos con el objetivo de identificar autoanticuerpos con potencial biomarcador de la artrosis empleando arrays de antígenos. En este trabajo, detectamos que los niveles de inmunorreactividad frente a 7 antígenos permitían distinguir los pacientes artrósicos de los individuos sanos mientras que los niveles de inmunorreactividad frente a otros 7 antígenos, permitían distinguir entre los pacientes con OA y con AR. Por último, se construyeron arrays de anticuerpos en suspensión con el fin de identificar, en un gran número de muestras, un panel de proteínas en el suero con potencial biomarcador para el diagnóstico de la artrosis. Esta metodología se utilizó para analizar muestras de suero de pacientes con diferentes enfermedades reumáticas (artrosis, artritis reumatoide y artritis psoriásica) e individuos sanos. Los resultados obtenidos proporcionaron un perfil proteico con potencial biomarcador para el diagnóstico de la artrosis de rodilla.[Resumo] A artrose (OA) é a enfermidade reumática mais frecuente e invalidante a nivel mundial. Caracterízase principalmente por unha degradación progresiva da cartilaxe articular pero tamén por cambios no óso subcondral e a inflamación da membrana sinovial. Pese a súa prevalencia, os métodos actuais de diagnose da OA son pouco sensibles e non existe tratamento eficaz frente a enfermidade. Estas limitacións orixinaron un considerable interés por encontrar marcadores biolóxicos específicos que reflexen variacións cuantitativas e dinámicas da remodelación da articulación durante a OA. Tendo en conta que o proceso artrósico implica a diferentes texidos e complexos procesos biolóxicos, a estratexia diagnóstica mais prometedora podería ser a combinación do estudio de diferentes biomarcadores coa finalidade de facilitar a diagnose temperá, evaluar a progresión da enfermidade e posibilitar a monitorización de terapias alternativas. Así, nesta tese se empregaron diferentes técnicas proteómicas de expresión diferencial basadas en espectrometría de masas e en arrays de proteínas para abordar o estudo da búsqueda de biomarcadores de artrose. No primeiro traballo presentado, se analizou o perfil de degradación proteica da cartilaxe artrósica co obxectivo de indentificar potenciais marcadores temperáns e de progresión da enfermidade. Para isto, se utilizaron mostras de diferentes zonas da cartilaxe artrósica humana e tamén cartilaxe sana. En este estudio, se identificou un panel de 76 proteínas que estaban diferencialmente liberadas pola cartilaxe artrósica en comparación coa cartilaxe sana. A continuación, validamos por inmunodetección o potencial de dúas proteínas como marcadores da degradación progresiva da cartilaxe artrósica. No segundo traballo, se empregaron mostras de líquido sinovial de pacientes con artrose e pacientes con artritis reumatoide (AR), co obxectivo de caracterizar o perfil proteico do líquido sinovial na OA. Posteriormente, se validaron por inmunodetección os resultados obtidos para dúas das proteínas cuantificadas por espectrometría de masas. A continuación, utilizamos arrays de proteínas para buscar potenciais biomarcadores séricos da OA. Así, no terceiro traballo, se utilizaron mostras de soro de pacientes con OA, pacientes con AR e individuos sanos para buscar autoanticorpos con potencial biomarcador da artrose empregando arrays de antíxenos. Neste traballo, detectamos que os niveis de inmurreactividade frente a 7 antíxenos permitían distinguir entre pacientes con OA e individuos sanos, mentres que os niveis de inmurreactividade frente a outros 7 antíxenos permitían distinguir entre pacientes con OA e AR. Por último, se construíron arrays de anticorpos en suspensión coa finalidade de identificar, nun gran número de mostras, un panel de proteínas no soro con potencial biomarcador para a diagnose da artrose. Así, se analizaron mostras de soro de doentes con diferentes enfermidades reumáticas (artrose, artritis reumatoide e artritis psoriásica) e individuos sanos. Os resultados obtidos proporcionaron un perfil proteico con potencial biomarcador para a diagnose da artrose de xeonllo.[Abstract] Osteoarthritis (OA) is the most common and disabling rheumatic disease worldwide. It is characterized by the progressive loss of cartilage, subchondral bone remodelling and synovial inflammation. Despite its high prevalence, current diagnosis methods are poor sensitive and there is no efficient treatment for the disease. These limitations have prompted a considerable interest in finding specific biological markers to reflect quantitative and dynamic joint changes that occur in OA. Taking in account that OA process involves different tissues and complex biological process, the most promising strategy for early diagnosis and monitoring of the disease, could be the combination of the study of different biomarkers. Therefore, in this thesis, different proteomic technologies based on mass spectrometry and protein arrays were employed to address the research of potential OA biomarkers. Firstly, we aimed to study the protein profile of OA cartilage degradation to find potential early and progression OA biomarkers. For this, we used OA and healthy human cartilage explants. A panel of 76 differentially secreted proteins from OA cartilage compared to normal cartilage was found. Then, two proteins with potential value as progression biomarkers were validated. Next, we used synovial fluid from OA patients and rheumatoid arthritis (RA) patients to find a characteristic protein profile of OA process using mass spectrometry. Four modulated proteins were validated. Then we used protein arrays to find potential serum OA biomarkers. Therefore, antigen arrays were used to search for serum autoantibodies in OA comparing the autoantibody profile from OA patients, healthy donors as well as RA patients. We observed immunoreactivity levels towards 7 antigens allowed to distinguish between OA patients and healthy controls, whereas the immunoreactivity towards other 7 antigens enables to discriminate between OA and RA patients. Finally, we used antibody suspension bead arrays to identify, in a large set of samples, a panel of serum proteins with potential value for OA diagnosis. This methodology was used to analyse serum samples from patients with different rheumatic diseases (OA, RA and psoriatic arthritis) and healthy donors. The results obtained provide a serum protein profile with a great potential for knee OA diagnosis