Fimmtudaginn 18. júní varði Árni Ásbjarnarson doktorsritgerð sína í líf- og læknavísindum við Læknadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Verkun azithromycin og annarra makrólíða á frumulíffræðilega ferla í öndunarfæraþekju. The non-antibacterial mechanism of action of azithromycin and other macrolides in respiratory epithelium.
Andmælendur voru dr. Bruce Rubin, prófessor við Children's Hospital of Richmond, Virginia, og dr. Hákon Hrafn Sigurðsson, prófessor við Lyfjafræðideild Háskóla Íslands.
Umsjónarkennari og leiðbeinandi var Þórarinn Guðjónsson, prófessor og meðleiðbeinandi dr. Jennifer Ann Kricker. Auk þeirra sátu í doktorsnefnd Guðmundur Hrafn Guðmundsson, prófessor, dr. Jón Pétur Jóelsson, Michael John Parnham, prófessor emeritus, og Sigurbergur Kárason, prófessor.
Stefán Þ. Sigurðsson, prófessor, varadeildarforseti Læknadeildar, stjórnaði athöfninni sem fór fram í Hátíðasal Háskóla Íslands.
Myndir úr doktorsvörn Árna Ásbjarnarsonar
Ágrip
Makrólíðar eru sýklalyf sem hafa verið nýtt í auknum mæli vegna áhrifa sem ekki tengjast sýkladrepandi notkun þeirra. Makrólíðar búa yfir bólguhamlandi eiginleikum og eru þess vegna nýttir í meðferðir við langvinnum öndunarfærasjúkdómum (e. Chronic respiratory diseases, CRD). Azithromycin (AZM) er 15-liða makrólíði sem dregur úr sjúkdómsmynd CRD. Rannsóknarhópur minn hefur áður sýnt fram á að AZM styrki og viðhaldi heilleika öndunarfæraþekju. Verkunarhættir AZM í þekjustyrkingu eru enn að stórum hluta óþekktir. Markmið þessa doktorsverkefnis var að efla þekkingu og auka skilning á verkunarháttum AZM og annarra makrólíða á öndunarfæraþekju, utan sýklalyfjaverkunar þeirra. Áhrif AZM voru borin saman við áhrif annarra makrólíða á genatjáningu, þekjustyrkingu og hvatberavirkni. Meðferð með AZM jók þekjustyrk umfram aðra makrólíða, ýtti undir uppsöfnun fosfórlípíða og innanfrumublöðrunga. Greining á genatjáningu í frumum meðhöndluðum með AZM sýndi aukna tjáningu á genasöfnum tengdum sérhæfingu hyrnisfruma og tilurð húðþekjutálma og hindrun á bandvefsumbreytingu þekjuvefs (EMT) ferla. Einnig lækkaði AZM meðferð tjáningu á caveolin-1 og ýtti undir flutning þess og kólesteróls frá frumuhimnunni til innanfrumublöðrunga umhverfis kjarna og hefur þannig líklega áhrif á EMT. AZM dró úr hvatberaöndun, olli hækkun á virkum súrefnissamböndum (ROS) og peroxun lípíða. Andoxunarboðferli voru virk og genatjáning í lengri ræktun sýndi að AZM ýtti undir boðferla sem styrkja heilbrigði hvatbera (e. mitohormetic). Þekjustyrkjandi virkni AZM var einnig borin saman við nýja lyfjaafleiðu af AZM með skertum bakteríudrepandi áhrifum (EP395). EP395 sýndi sams konar áhrif og AZM á þekjustyrkingu, sem og svipuð áhrif á genatjáningu. Að lokum var kannað hvort makrólíðar geti stemmt stigu við áhrifum lungnaskaða tengdum öndunarvélum. Sýnt var fram á að AZM og önnur lyfjaafleiða (EP317) dragi úr lungnabjúg og bólgusvari af völdum öndunarvélarmeðferðar, en auki einnig þekjustyrkingu. Samantekið er sýnt að AZM hafi umtalsvert meiri áhrif en aðrir makrólíðar á þéttni og styrkleika öndunarfæraþekju, hindri bólgusvar og EMT, og bæti heilbrigði hvatbera.
Abstract
Azithromycin (AZM) is a macrolide antibiotic, they are known for their off-label use in treatments of chronic respiratory diseases (CRD), due to immunomodulatory effects. My research group has previously shown that AZM maintains bronchial epithelial integrity in cell culture. However, the mechanisms underlying this effect are not completely known. The aim of this thesis is to understand the non-antibiotic mechanism of action of macrolides, particularly AZM, in modulation of barrier integrity and metabolism of bronchial epithelial cells. The effects of AZM and different macrolides on gene expression, epithelial integrity and mitochondrial mechanism were compared. AZM treatment, drastically enhanced barrier integrity, induced phospholipid retention and vesicle build-up. Analysis of gene sequencing data sets revealed AZM treatment distinctly enriched several gene sets, most notably increasing the expression of genes participating in epidermal differentiation and downregulation of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) pathways. Furthermore, AZM reduced the expression of caveolin-1 and transported, along with cholesterol, from the cell membrane to a perinuclear location possibly modulating EMT. AZM treatment decreased mitochondrial respiration and caused an increase in reactive oxygen species and lipid peroxidation. The antioxidation pathways were activated and gene expression data from longer treatments revealed that AZM initiated mitochondrial dynamic and protective pathways through mitohormesis. A non-antibacterial derivative of AZM (EP395) retained the barrier integrity enhancing capabilities of AZM along with positive enrichment of the same gene sets found to be uniquely affected by AZM treatment. Finally, we reported that AZM and EP317, another derivative of AZM with reduced antibacterial activity, ameliorated pulmonary oedema, enhanced barrier integrity, and attenuated inflammatory responses in rats caused by mechanical ventilation. Collectively, I have shown that AZM has greater effects on bronchial epithelial barrier integrity than other macrolides, that it inhibits EMT and fortifies mitochondrial resilience.
Um doktorsefnið
Árni Ásbjarnarson er fæddur árið 1993 í Reykjavík. Hann lauk stúdentsprófi frá íþróttaafrekssviði náttúrufræðibrautar Flensborgarskólans árið 2012. Hann lauk bakkalárgráðu í lífefna- og sameindalíffræði árið 2015 við Háskóla Íslands og meistaragráðu í líffræði 2017. Í lok árs 2018 hóf Árni störf við rannsóknir þar til hann hóf doktorsnám árið 2022. Samhliða námi hefur Árni starfað sem knattspyrnuþjálfari, rannsóknarráðgjafi og við kennslu í HÍ.Foreldrar Árna eru Ásbjörn Helgi Árnason, skipatæknifræðingur, og Helga Snorradóttir, grunnskólakennari. Eiginkona Árna er dr. Katrín Blöndal, efnaverkfræðingur. Sonur þeirra er Ásbjörn Árnason Blöndal.