University of Oulu

Matrix metalloproteinase-8 as a diagnostic tool for the inflammatory and malignant diseases

Saved in:
Author: Pradhan-Palikhe, Pratikshya
Organizations: University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Dentistry, Department of Diagnostics and Oral Medicine
University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Dentistry, Department of Cell Biology of Oral Diseases, Biomedicum Helsinki
Department of Oral and Maxillofacial Diseases, Helsinki University Central Hospital
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514295096
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-09-27
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Medicine of the University of Oulu for public defence in the Lecture Hall 1, Biomedicum Helsinki 1 (Haartmaninkatu 8) on 7 October 2011, at 12 noon
Tutor: Professor Timo Sorsa
Professor Tuula Salo
Docent Pirkko J. Pussinen
Reviewer: Professor Ernst Malle
Docent Katariina Öörni
Description:

Abstract

Matrix metalloproteinases (MMPs) are the zinc-dependent endopeptidases which belong to a large family of proteases. MMPs are responsible for degradation and remodeling of extracellular matrix proteins during growth, organogenesis and tissue turnover. Besides their role in physiological processes, MMPs also influence various pathological processes, i.e., inflammatory diseases and cancers, in which MMPs may ultimately lead to unwanted tissue destruction. One of the most widely studied MMPs is MMP-8. MMP-8 was previously thought to be expressed only by neutrophils. Presently, it is evident that MMP-8 can be expressed in a wide range of cells such as macrophages, plasma cells, T-cells, endothelial cells, smooth muscle cells, oral epithelial cells, fibroblasts etc. MMP-8 has been previously studied in inflammation and malignancies. High serum MMP-8 concentration is associated with the presence of atherosclerosis and poor cardiovascular disease prognosis, while higher plasma MMP-8 levels protect against lymph node metastasis. Certain MMP-8 gene variations can alter promoter activity and subsequent gene expression. MMP-8 gene variation influences obstetrical outcomes, and lung and breast cancer prognosis. For our study, we hypothesized that systemic levels of MMP-8 correlate with its genetic variations and appear as novel risk markers for disease.

We aimed to address the potential role of MMPs and their regulators with a special focus on MMP-8 in distinct sets of inflammatory and malignant diseases, i.e. arterial diseases, and head and neck squamous cell cancer (HNSCC). We demonstrated that the combination of high serum MMP-8 and low myeloperoxidase (MPO) levels is an important risk marker for arterial disease. Further, we demonstrated that MMP-8 gene variation is protective against arterial diseases. Interestingly, we were able to demonstrate an association between MMP-8 gene variation and serum MMP-8 concentration in a healthy population. On the other hand, we showed that plasma tissue inhibitor of matrix metalloproteinases (TIMP-1) concentration is associated with survival in HNSCC patients and TIMP-1 genotype is associated with plasma TIMP-1 levels in women only.

Collectively, our study showed that serum MMP-8 levels can be used as an important risk marker in arterial disease and TIMP-1 levels in HNSCC patients. Based on our results, the hypothesis raised has been widely confirmed. Additionally, our study has warranted the need for further investigation involving a larger number of patients. If our results are replicable, serum MMP-8 and plasma TIMP-1 could be used to develop diagnostic tools as well as treatment regimes in clinics.


Tiivistelmä

Matriksin metalloproteinaasit (MMP:t) ovat sinkkiriippuvaisia endopeptidaaseja, jotka kuuluvat laajaan proteiineja pilkkovaan proteolyyttiseen entsyymi perheeseen. MMP:ien tehtävä on pilkkoa ja uudelleen muokata soluväliaineen proteiineja kasvun, elinten kehityksen ja kudosten uusiutumisen aikana, mutta MMP:t toimivat aktiivisesti myös patologisissa prosesseissa, kuten tulehdustiloissa ja syövissä. Syövissä MMP:en vaikutus voi johtaa ei-toivottuun kudostuhoon. Yksi laajimmin tutkituista MMP-ryhmän entsyymeistä on MMP-8, jonka alunpitäen ajateltiin ilmenevän vain neutrofiileissä. Nykytietämyksen mukaan MMP-8:aa ilmentyy myös mm. makrofaageissa, plasmasoluissa, T-soluissa, endoteelisoluissa, sileälihassoluissa, suun limakalvon epiteelisoluissa ja fibroplasteissa. MMP-8:aa on aikaisemmin tutkittu erityisesti tulehdustiloissa ja pahanlaatuisissa kasvaimissa. Korkean MMP-8 seerumipitoisuuden on havaittu liittyvän valtimokovettumatautiin ja huonoon ennusteeseen sydän- ja verisuonisairauksissa, kun taas kohonnut MMP-8:n pitoisuus plasmassa suojaa imusolmuke-etäpesäkkeiltä. Tiedetään, että tietyt muutokset MMP-8:n geenissä voivat muuttaa sen promoottoriaktiviteettia ja täten säädellä geenin ilmentymistä. MMP-8:n geenimuutokset vaikuttanevat raskaudenkulkuun sekä keuhko- ja rintasyövän ennusteeseen. Tutkimushypoteesimme mukaan MMP-8:n seerumipitoisuudet riippuvat vaihtelusta MMP-8:aa koodaavassa geenissä ja niitä voidaan pitää uusina riskinarvioinnin merkkiaineina tautitiloissa.

Tavoitteenamme oli osoittaa yleisesti MMP:ien ja erityisesti MMP-8:n sekä näiden proteinaasien säätelytekijöiden merkitys tietyissä tulehdustiloissa ja maligniteeteissa, kuten sepelvaltimotaudissa ja pään ja kaulan alueen syövissä. Havaitsimme, että korkea MMP-8 seerumipitoisuus ja alhainen myeloperoksidaasitaso yhdistyvät vahvasti valtimotautiriskiin. Lisäksi osoitimme, että tietty MMP-8:n geenimuunnos on suojaava tekijä valtimotaudille ja että MMP-8:n seerumikonsentraatio on siitä riippuvainen terveillä tutkituilla. Tämän lisäksi todensimme, että MMP:n kudosestäjän (tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMP-1) plasmapitoisuus liittyy pään ja kaulan alueen levyepiteelisyöpää sairastavien potilaiden eloonjääntiin ja että TIMP-1:n genotyyppi liittyy sen plasmapitoisuuteen ainoastaan naisilla.

Tulostemme mukaan seerumin MMP-8-pitoisuutta voidaan pitää hyvänä riskinarviointivälineenä verisuonitaudeissa sekä TIMP-1-pitoisuutta vastaavasti pään ja kaulan alueen levyepiteelisyövissä. Saadut tulokset tukevat olettamustamme, jonka mukaan MMP-8 on tärkeä tautimarkkeri. Tämä on lisännyt kiinnostusta selvittää MMP:ien merkitystä laajemmin muissa tulehdustiloissa ja syövissä. Jos tulokset saadaan toistetuksi laajemmassa tutkimusaineistossa, seerumin MMP-8:sta voidaan kehittää kliinisten ja analyyttisten laboratorioiden käyttöön sopiva diagnostinen menetelmä.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-951-42-9509-6
ISBN Print: 978-951-42-9508-9
Issue: 1111
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.