Platelet transcriptome profile of acute myocardial infarction

Abstract

Acute myocardial infarction (AMI) is a sudden event commonly attributed to coronary atherosclerotic plaque rupture with subsequent exposure of thrombogenic substances that promote platelet activation/aggregation as well as coagulation activation and, ultimately, intraluminal thrombus formation thus limiting coronary blood flow. Although plaque rupture or fissuring frequently occurs in atherosclerosis, only a small proportion of ruptured plaques develops thromboses. It has been suggested that individual reactivity to plaque rupture may have a causative role in provoking the clinical event of AMI. Platelets contribute to the genesis and progression of atherosclerosis and to the precipitation of the atherothrombotic event after plaque rupture. Platelets are anucleate cells formed from the cytoplasm of megakaryocytes and circulate in the blood stream for about 7-10 days. Since platelets are without nucleus, they retain megakaryocytes–derived mRNAs that are unique in representing a nearly fixed transcriptome. The present study was designed to test whether platelets transcriptome may predate the development of a future myocardial infarction. The abundance of platelets transcripts levels were measured using Human Transcriptome Array 2.0 (Affymetrix). Bioinformatics analyses were conducted to identify the differentially expressed genes (p.value ≤ 0.05, fold-change ≥ ± 1.5) between patients with ST elevation myocardial infarction (STEMI, n=20), stable coronary artery disease (sCAD, n=20) and healthy donors (HD, n=20). REACTOME and DAVID analyses were performed respectively to identify pathways and biological processes associated with lists of differentially expressed genes (DEGs). A total of 149 DEGs were observed comparing sCAD patients and HD platelet trascriptome. MNF2 and PRKCD were identified as the most up-regulated genes and CXCL8 as the most down-regulated. A number of 76 DEGs were detected in STEMI subjects compared with HD. S100A12 and CLEC4E, in STEMI patients, resulted the highest up-regulated mRNAs while CXCL8 was the most down-regulated followed by SNORD13, SNORD117 and RMRP. The comparison between STEMI and sCAD subjects allowed the identification of 138 de-regulated genes. S100A12 was again the most up-regulated gene in STEMI. From this preliminary analysis, we observed the presence of distinctive gene-expression patterns for sCAD and STEMI. These results suggested the possibility to find a more specific gene-set for STEMI condition. Thus, we focused on the characterization of a gene-signature able to discriminate patients with myocardial infarction and eventually we identified a STEMI signature consisting of 38 genes from these analyses. In conclusion, our preliminary results show that variations in gene expression profile of megakaryocytes may occur before of an AMI and that platelet transcriptome could act as a fingerprint indicating the development of a future myocardial infarction.

L’infarto miocardico acuto (IMA) è un evento improvviso comunemente attribuito alla rottura di una placca aterosclerotica coronarica cui consegue l’esposizione di sostanze trombogeniche che favoriscono l’attivazione/aggregazione piastrinica e l'attivazione della coagulazione con successiva formazione di un trombo endoluminale che interrompe il flusso sanguigno. Anche se la placca aterosclerotica va spesso incontro a rottura/fissurazione, solo in una piccola percentuale di rotture di placca si sviluppa trombosi. È stato suggerito che la reattività dell’individuo alla rottura di placca può avere un ruolo causale nel determinare un infarto miocardico acuto. Le piastrine contribuiscono alla genesi e alla progressione dell'aterosclerosi e partecipano al processo di aterotrombosi dopo la rottura della placca aterosclerotica. Le piastrine sono cellule anucleate, si formano dal citoplasma dei megacariociti e circolano nel flusso sanguigno per circa 7-10 giorni. Le piastrine sono prive di nucleo e trasportano mRNA di origine megacariocitaria, pertanto il loro trascrittoma viene considerato essere abbastanza stabile. Lo scopo del presente studio è di verificare se il trascrittoma piastrinico può essere utile nella predatazione dello sviluppo di un infarto miocardico acuto. I livelli dei trascritti piastrinici sono stati misurati utilizzando Human Transcriptome Array 2.0 (Affymetrix). Analisi bioinformatiche sono state condotte per identificare i geni espressi in modo differenziale (p.value ≤ 0.05, fold change ≥ ± 1.5) tra i pazienti con infarto miocardico con sopraslivellamento del tratto ST (STEMI, n = 20), malattia coronarica stabile (SCAD, n = 20) e donatori sani (HD, n = 20). Inoltre, sono state effettuate ulteriori analisi utilizzando REACTOME e DAVID, rispettivamente per individuare pathways e processi biologici associati con le liste di geni differenzialmente espressi (DEGs). Nel confronto del trascritto piastrinico tra pazienti sCAD e HD sono stati rilevati un totale di 149 DEGs. MNF2 e PRKCD sono stati identificati come i geni più up-regolati e CXCL8 come il più down-regolato. 76 DEGs sono stati quindi osservati nei soggetti con STEMI rispetto agli HD. S100A12 e CLEC4E, nei pazienti con STEMI, hanno rappresentato gli mRNA più up-regolati mentre CXCL8 il più down-regolato, seguito da SNORD13, SNORD117 e RMRP. Il confronto tra i soggetti con STEMI e sCAD ha permesso di identificare 138 geni deregolati. S100A12 è risultato essere nuovamente il gene più up-regolato negli STEMI. Da queste analisi preliminari abbiamo osservato la presenza di caratteristici modelli di espressione genica per i pazienti sCAD e STEMI. Questi risultati hanno suggerito la possibilità di trovare un set di geni più specifico per i pazienti con STEMI. Così, ci siamo concentrati sulla caratterizzazione di una gene-signature in grado di discriminare i pazienti con infarto miocardico e, alla fine, da questi analisi abbiamo individuato una “signature” dell’infarto miocardico con sopraslivellamento del tratto ST costituita da 38 geni. In conclusione, i nostri risultati preliminari indicano che variazioni nel profilo di espressione genica potrebbero verificarsi nei megacariociti giorni prima di un infarto miocardico acuto e che il trascriptoma piastrinico potrebbe agire come un potente “fingerprint” indicativo dello sviluppo di un futuro evento coronarico acuto.