• Citer

Rheumatoid arthritis: human carbamylome and potential of autoantibodies targeting in vivo carbamylated proteins as diagnostic and prognostic biomarkers

par Sidiras, Paschalis
Président du jury McEntee, Kathleen
Promoteur Rasschaert, Joanne
Co-Promoteur Gangji, Valérie
Publication Non publié, 2022-07-06

Thèse de doctorat

• Accès en ligne
• Détails
• Contenu
• Statistiques

Résumé :

Rheumatoid arthritis (RA) is the most common systemic inflammatory arthritis, affecting close to 0.5% of the population. It is characterized by joint and systemic inflammation that are responsible for pain and increased morbidity and mortality if left untreated. Accurate diagnosis and timely treatment with anti-rheumatic drugs at an early stage can help prevent handicap. However, this is hindered by the fact that in roughly one third of RA patients, the commonly used diagnostic biomarkers, anti-citrullinated protein antibodies (ACPA) and rheumatoid factor (RF) are absent. Antibodies against carbamylated proteins (Anti-CarPA) have been suggested as a third diagnostic and prognostic biomarker in RA. The established method for anti-CarPA detection is based on the use of an in vitro carbamylated fetal calf serum (CaFCS) as an antigen for ELISA assays. Antibodies detected in that manner (anti-CaFCS) have been shown to be present in approximately 40% of sera from RA patients, including a small subset of patients seronegative for RF and ACPA. Anti-CaFCS positivity predates the development of RA and predict structural joint damage. In the present research work, we set out to evaluate the presence of anti-CaFCS in Belgian RA patients, as well as in rheumatic disease controls and healthy individuals (PUBLICATION I). We demonstrated that anti-CaFCS are present in our RA cohort, including in a seronegative patient subset (4.4%). In that last subgroup, we found that anti-CaFCS antibodies were associated with higher disease activity measures. We also observed increased anti-CaFCS levels in patients with Sjögren’s syndrome (pSS), as well as in the sera of certain Juvenile Idiopathic arthritis (JIA) patients. In JIA, the RF+ polyarticular subgroup showed the highest anti-CaFCS levels, and a proportion of otherwise seronegative patients was also detected (PUBLICATION II). We then designed an experiment to examine whether the inherent heterogeneity of FCS batches could have an impact on the observed anti-CaFCS level. We showed that there is considerable variance for one tested sample regarding the CaFCS batch used, reinforcing the idea of using a specific antigen in order to help the standardization of diagnostic testing as well as the reproducibility of the obtained results.To solve this issue and to further our knowledge on carbamylation in RA, we used mass spectrometry to examine the targets of carbamylation in sera and in synovial fluids of RA patients (PUBLICATION III). We identified 11 novels in vivo carbamylated proteins, then further tested the most promising among them as antigens for the detection of specific anti-CarPA in an early RA (ERA) cohort: ERA sera exhibited reactivity towards carbamylated alpha-1-antitrypsin, alpha-2-macroglobulin, albumin, hemopexin and transferrin, with some degree of overlap. Specific anti-CarPA were equally or more accurate than anti-CaFCS in detecting RA in our cohort. The combination of these autoantibodies helped detect more seronegative RA patients, bringing the proportion of ACPA-/RF-/Anti-CarPA- patients down to 11% from the initial 24.9% when considering ACPA and RF alone. In summary, our work first highlights the potential and limitations of anti-CaFCS antibodies in RA and other rheumatic diseases. It then contributes to the description of the RA carbamylome and makes use of these data to propose more accurate and reproducible detection methods for anti-CarPA in the setting of ERA. Further research will focus on using the results of the present work to help establish better anti-CarPA diagnostic tests in RA.

La polyarthrite rhumatoïde (PR) est l’arthrite inflammatoire systémique la plus fréquente, touchant environ 0.5% de la population. La maladie est caractérisée par une inflammation articulaire et systémique responsables de douleurs et d’une morbidité et une mortalité accrues chez les patients non traités. Un diagnostic précoce et précis permet le traitement rapide par des agents antirhumatismaux, aidant à prévenir le handicap. Chez un tiers de patients atteints de PR, les biomarqueurs diagnostiques utilisés à ce jour (i.e. les autoanticorps ciblant les protéines citrullinées (ACPA) et le facteur rhumatoïde (FR)) sont absents, ce qui rend le diagnostic plus difficile. Les autoanticorps dirigés contre les protéines carbamylées (anti-CarPA) ont été proposés comme troisième biomarqueur de pronostic et diagnostic pour la PR. La méthode établie pour la détection des anti-CarPA est fondée sur l’utilisation d’un sérum fœtal bovin carbamylé in vitro (CaFCS) comme antigène pour le test ELISA. Les anticorps détectés ainsi (anti-CaFCS) sont présents dans le sérum d’environ 40% de patients PR, incluant une fraction des patients séronégatifs pour le FR et les ACPA. La positivité anti-CaFCS précède le développement de la PR et pourrait être un marqueur prédictif de lésions articulaires structurales. Dans le présent travail de recherche, nous avons évalué la présence des anti-CaFCS chez des sujets belges atteints de PR ou d’une autre maladie rhumatismale et chez des sujets sains (PUBLICATION I). Nous avons démontré que les anti-CaFCS sont présents dans notre cohorte de PR, y compris dans un sous-groupe séronégatif (4.4%). Dans ce sous-groupe, nous avons remarqué une association entre la présence des anti-CaFCS et des scores d’activité de la maladie plus élevés. Nous avons également observé des taux d’anti-CarPA élevés dans le sérum de patients souffrant du syndrome de Sjögren primaire (pSS) et de certains patients atteints d’arthrite juvénile idiopathique (JIA). Parmi ces derniers, le groupe de patients JIA polyarticulaire et FR+ présentait les taux d’anti-CaFCS les plus élevés. Une proportion de patients séronégatifs pour les ACPA et le FR a également pu être identifiée par les anti-CaFCS (PUBLICATION II) Parallèlement à ce travail, nous avons évalué l’impact de l’hétérogénéité des différents lots de FCS sur le taux d’anti-CaFCS mesuré. Nous avons montré qu’il existe une variance considérable pour un même sérum, en fonction du CaFCS utilisé : cette observation renforce notre proposition d’utiliser des antigènes spécifiques pour la détection des anti-CarPA afin de standardiser les tests diagnostiques et d’assurer la reproductibilité des résultats. Dans ce but et afin d’améliorer nos connaissances sur la carbamylation dans la PR, nous avons examiné les cibles de la carbamylation dans le sérum et le liquide synovial de patients PR par spectrométrie de masse (PUBLICATION III). Onze nouvelles protéines carbamylées in vivo ont été identifiées et les plus prometteuses d’entre elles ont été testées comme antigène pour la détection des anti-CarPA spécifiques dans une cohorte de PR débutante : une réactivité contre l’alpha-1-antitrypsine, alpha-2-macroglobuline, l’albumine, l’hémopéxine et la transferrine carbamylées a été mise en évidence, avec un certain degré de chevauchement. Les anti-CarPA spécifiques étaient égaux à ou plus performants que les anticorps anti-CaFCS pour la détection de la PR dans cette cohorte. Enfin, nous avons montré que la combinaison de ces autoanticorps spécifiques permet de détecter des patients ACPA et FR séronégatifs, ce qui réduit la proportion de patients ACPA-/FR-/Anti-CarPA- à 11%, comparé au pourcentage initial de séronégativité de 24.9% lorsque l’on considère les marqueurs biologiques classiques. En résumé, notre travail met en évidence le potentiel et les limitations de l’utilisation des anticorps anti-CaFCS dans la PR et dans d’autres maladies rhumatismales. Il contribue à la description du carbamylome humain du sujet sain et de patients atteints de PR. Dans l’ensemble, nos résultats ont révélé le potentiel diagnostic des anti-CarPA spécifiques dans le cadre de la PR débutante et nous ont conduit à proposer des méthodes de détection plus précises et reproductibles des anti-CarPA dans ce contexte. Nos travaux futurs se baseront sur les résultats obtenus pour établir des tests diagnostiques anti-CarPA plus performants pour la PR.