Η παχυσαρκία είναι μια κατάσταση που λαμβάνει διαστάσεις επιδημίας τα τελευταία χρόνια σε παγκόσμια κλίμακα. Οι επιπτώσεις της στην υγεία είναι ποικίλες, συμπεριλαμβανομένου μεταξύ άλλων και την υπογονιμότητα, που μαστίζει το 12% του πληθυσμού. Ένας δείκτης υπολογισμού της παχυσαρκίας είναι ο ΒΜΙ (Body Mass Index): βάρος σε kg /m2 Ορμόνες με κεντρική και περιφερική δράση εμπλέκονται στην ενεργειακή ομοιόσταση του οργανισμού. Εκτός από την ινσουλίνη, νέες ορμόνες όπως η λεπτίνη, η αντιπονεκτίνη, η ρεζιστίνη και η γρελίνη έχουν ανακαλυφθεί ως σημαντικοί ρυθμιστές της όρεξης και της ενεργειακής ομοιόστασης. Η στενή σχέση μεταξύ ενεργειακού μεταβολισμού, θρέψης και αναπαραγωγικής φυσιολογίας, δεικνύουν βλαπτικές επιδράσεις ή τροποποιήσεις στη θρέψη (παχυσαρκία, νευρογενή ανορεξία κ.α.) και μεταβολικές διαταραχές που μπορούν να διακόψουν την αλληλεπίδραση των γοναδοτροπινών που είναι απαραίτητες για την γονιμοποίηση. Αυξανόμενο ΒΣ (βάρος σώματος) και εναπόθεση λίπους προκαλούν διακοπή της εμμήνου ρύσεως και μειωμένη υπογονιμότητα. Έχει βρεθεί πως η απώλεια βάρους σε παχύσαρκες γυναίκες μειώνει την ινσουλινοαντοχή και αυξάνει την γονιμότητα. Η λεπτίνη και η γρελίνη ειδικά θεωρούνται οι συνδετικοί κρίκοι μεταξύ ομοιόστασης και αναπαραγωγής, μια και η δράση τους είναι κεντρομόλος και επηρεάζουν την έκκριση των γοναδοτροπινών, της FSH και της LH που είναι υπεύθυνες ορμόνες για την αναπαραγωγή. Επίσης είναι σημαντικές στην εμφύτευση και ανάπτυξη του εμβρύου. Στόχος αυτής της εργασίας είναι να συνοψίσει τη δομή και τη δράση αυτών των πεπτιδίων-ρυθμιστών στον ενεργειακό μεταβολισμό και τις κεντρικές επιδράσεις τους στην φυσιολογία της αναπαραγωγής. Πολλοί μοριακοί και βιοχημικοί μηχανισμοί παραμένουν άγνωστοι, για αυτό και απαιτείται περαιτέρω έρευνα στις δράσεις τους επάνω στους διάφορους ιστούς που εκφράζονται, προκειμένου να γίνουν νέες προσεγγίσεις στην κατανόηση της υπογονιμότητας στην παχυσαρκία. / -

- / -

- / -

- / -

Η τεστοστερόνη έχει πολυεπίπεδη αναβολική και ανδρογόνο δράση. Τα τελευταία χρόνια η άποψη ότι συμβάλει στην αύξηση της αθηρωμάτωσης, η οποία οδηγεί σε καρδιαγγειακά συμβάματα στο ανδρικό φύλο, άρχισε να κλονίζεται. Διάφορες μελέτες καταδεικνύουν ότι βασικές μεταβολικές παράμετροι που επηρεάζουν την εξέλιξη της αθηρωμάτωσης, όπως είναι το λιπιδαιμικό προφίλ και το βάρος μεταβάλλονται δυσμενώς με την πτώση των επιπέδων της τεστοστερόνης και αποκαθίστανται με την επάνοδο των επιπέδων της στο φυσιολογικό. Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών είναι όμως πολλές φορές αντιφατικά μεταξύ τους. Σημαντικό στοιχείο του συστήματος των λιπιδίων αποτελούν οι λιποπρωτεΐνες LDL και HDL καθώς και η απολιποπρωτεΐνη Ε και οι νυποδοχείς της LDL οι οποίοι είναι απαραίτητοι στην κάθαρση των LDL σωματιδίων στο ήπαρ. Στόχος της εργασίας αυτής ήταν η περαιτέρω διευκρίνιση του ρόλου της τεστοστερόνης σε βασικούς μεταβολικούς παράγοντες που εξελίσσουν την αθηρωματική διαδικασία. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τρεις ομάδες μυών: μία με εξάλειψη του γονιδίου της ApoE (ApoE-/- ), μία με εξάλειψη του γονιδίου του υποδοχέα της LDL (LDLr-/- ) και μία αγρίου τύπου C57BL6. Οι μισοί μύες υπέστησαν ορχεκτομή και οι άλλοι μισοί ψευδοχειρουργείο και τέθηκαν σε δίαιτα δυτικού τύπου για 12 εβδομάδες. Οι LDLr-/- ορχεκτομηθέντες μύες είχαν σημαντικά μικρότερο ξηρό βάρος και λίπος από την ομάδα ελέγχου (9.1±0.9gr. και 19.0±1.4gr ξηρού βάρους καθώς και 8.8±0.9gr και 3.4±0.4gr λίπους αντίστοιχα ). Επιπλέον στους LDLr-/- μύες η δοκιμασία ανοχής γλυκόζης έδειξε χειρότερο γλυχαιμικό έλεγχο στην ομάδα ελέγχου αντίθετα με ότι συνέβαινε με την ομάδα των C57BL6. Παρεμφερής εικόνα υπήρξε και από τα τριγλυκερίδια του πλάσματος τα οποία ήταν αυξημένα στην ομάδα ελέγχου των LDLr-/- αντίθετα με τις ομάδες των ApoE-/- και C57BL6 στις οποίες δεν παρατηρήθηκε διαφορά. Τα ευρήματα αυτά καταδεικνύουν τον καθοριστικό ρόλο της τεστοστερόνης στην αύξηση του βάρους και την συνακόλουθη υπερτριγλυκεριδαιμία και διαταραχή στη δοκιμασία ανοχής γλυκόζης σε μύες LDLr-/-. Ειδικότερα, μπορεί να γίνει η υπόθεση ότι η παρουσία της τεστοστερόνης εξασφαλίζει ένα εναλλακτικό μοριακό μονοπάτι αναγκαίο για την αύξηση του βάρους σε LDLr-/- μύες. / Testosterone exhibits multiple anabolic and virilizing functions. Recently the classical view that testosterone contributes to the progression of atherosclerosis which leads to cardiovascular events is being doubted. Various studies have shown that a number of basic metabolic parameters affecting the progress of atherosclerosis such as blood lipid levels and body weight are deteriorated with the decrease of testosterone levels and restored after testosterone levels become normal again. Many of these studies provide contradicting results. The LDL and HDL lipoproteins constitute an important component to the lipid system as well as the Apolipoprotein E and the LDL receptors which are indispensable for the process of the LDL particle removal from circulation through the liver. The aim of this study was to further delineate the role of testosterone in affecting key metabolic parameters which in turn interfere with the rate of atherosclerosis progression. To achieve that, three groups of 10 mice each, were used: wild type C57BL6, ApoE deficient (ApoE-/-) and LDLr deficient (LDLr-/-). Half the mice were orchectomized and the rest were sham operated. After a four week recovery period the mice were fed western type diet. LDLr-/- orchectomized mice had significantly lower dry mass and body fat than the control group (9.1±0.9gr. και 19.0±1.4gr of dry mass and 8.8±0.9gr and 3.4±0.4gr of body fat respectively). Furthermore, glucose tolerance test revealed impaired control in the LDLr-/- control group contrary to what happened with the orchectomized LDLr-/- and C57BL6 mice. Likewise, triglyceride plasma levels were elevated in the LDLr-/- control group in contrast to their ApoE-/- and C57BL6 and, LDLr-/-orchectomized counterparts whose levels did not deviate significantly from their basal state. These findings underline the crucial role testosterone plays in hyperlipedaemia, weight gain and glucose tolerance. Specifically, testosterone seems to provide an alternative molecular route which is crucial for weight gain in LDLr-/- mice.

Στην εργασία διερευνήθηκε πώς η έλλειψη του υποδοχέα της χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεϊνών (Ldlr-/-) τροποποιεί τις επιδράσεις της τεστοστερόνης στην παχυσαρκία και στις συναφείς μεταβολικές δυσλειτουργίες. ‘Εμμεση θερμιδομετρική ανάλυση έδειξε πως ο υπογοναδισμός σε μυς με έλλειψη του Ldlr συσχετίζεται με μείωση του βάρους του σώματος, και παράλληλα, αυξημένο μεταβολικό ρυθμό. Η έκφραση του κυτοχρώματος C και της UCP1 των μιτοχονδρίων ήταν αυξημένη στο λευκό λιπώδη ιστό, υποδεικνύοντας ότι η αυξημένη μεταβολική δραστηριότητα αντανακλά σε αυξημένο αριθμό μιτοχονδρίων με επίσης αυξημένη ικανότητα θερμογένεσης. Η αποκατάσταση της τεστοστερόνης σε ορχεκτομηθέντες μυς Ldlr-/- για διάστημα οχτώ εβδομάδων οδήγησε σε παχυσαρκία επαγόμενη από δίαιτα, υποδεικνύοντας την άμεση σχέση της τεστοστερόνης με τον παρατηρούμενο φαινότυπο. Η θεραπεία ψευδοχειρουργημένων μυών Ldlr-/- με εξεμεστάνη, έναν αναστολέα της αρωματάσης, για οχτώ εβδομάδες, έδειξε πως η αντίσταση στην παχυσαρκία των ορχεκτομηθέντων Ldlr-/- μυών είναι ανεξάρτητη από την δράση των οιστρογόνων. Συμπερασματικά, η εργασία δείχνει πως ο LDLr συσχετίζεται με μεταβολικές αλλαγές σε υπογοναδικούς μυς, οι οποίες δεν οφείλονται σε οιστρογονικές δράσεις, αλλά.στην ανεπάρκεια τεστοστερόνης. / In this work we investigated how low-density lipoprotein receptor deficiency (Ldlr-/-) modulates the effects of testosterone on obesity and related metabolic disorders. Indirect calorimetric analysis indicated that hypogonadism in Ldlr deficient mice correlates with a decrease in body weight and an increased metabolic rate. The expression of cytochrome C and UCP1 in mitochondria was increased in white adipose tissue, indicating that the increased metabolic activity reflects an increased number of mitochondria with an increased ability for thermogenesis. Testosterone replacement in orchectomized Ldlr-/- mice for a period of eight weeks led to diet induced obesity, suggesting a direct relationship between testosterone and the observed phenotype. Treatment of sham-operated Ldlr-/- mice with exemestane, an aromatase inhibitor, for eight weeks, showed that the obesity of orchectomized Ldlr-/- mice is independent of estrogen effects. In conclusion, this work demonstrates how the LDLr is associated with metabolic changes in hypogonadal mice which are not related to estrogenic effects but to testosterone deficiency.

- / -

Η ρύπανση από τα χημικά λιπάσματα είναι έντονη στα ελληνικά εδάφη (ιδιαίτερα από τα νιτρικά άλατα) και επομένως είναι κρίσιμη η μείωση των εισροών αγροχημικών στο περιβάλλον. Η μείωση της λίπανσης αυξάνει την συγκέντρωση αντιοξειδωτικών ουσιών στους φυτικούς ιστούς. Πολλές επιστημονικές μελέτες μέχρι σήμερα συσχετίζουν την διατροφή με φυτικά προϊόντα υψηλής διατροφικής αξίας που περιέχουν φαινολικές-αντιοξειδωτικές ουσίες με την πρόληψη καρδιαγγειακών παθήσεων, πολλών μορφών καρκίνου αλλά και την γήρανση. Έτσι η έρευνα αυτή είχε διπλό στόχο: τη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος μέσω της μείωσης των λιπασμάτων που χορηγούνται στις καλλιέργειες, και την παραγωγή φυτικών προϊόντων υψηλής βιολογικής και διατροφικής αξίας, αφού θα παρέχουν μεγαλύτερες ποσότητες αντιοξειδωτικών ουσιών στον ανθρώπινο οργανισμό. Επίσης θα πρέπει να αναφερθεί ότι η μείωση των ποσοτήτων των λιπασμάτων που θα απαιτούνται για την καλλιέργεια των φυτών θα επιφέρει και οικονομικό όφελος προς τους καλλιεργητές και τους καταναλωτές, αφού θα μειωθεί το κόστος παραγωγής των φυτικών προϊόντων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε για πρώτη φορά η επίδραση της μεταβολής της συγκέντρωσης των χορηγούμενων νιτρικών ιόντων μέσω του θρεπτικού διαλύματος υδροπονικής καλλιέργειας στο ρυθμό παραγωγής πολυφαινολικών ενώσεων σε λαχανικά ευρείας κατανάλωσης (παντζάρι και μαρούλι) και διαπιστώθηκε ότι η μεγιστοποίηση της παραγωγής των φυσικών αντιοξειδωτικών παραγόντων είναι δυνατή μέσω του ελέγχου της αζωτούχου θρέψης. Παράλληλα, διαπιστώθηκε και ποσοτικοποιήθηκε η ύπαρξη ενός κρίσιμου σημείου στη συγκέντρωση του χορηγούμενου αζώτου που ενεργοποιεί τον δευτερογενή μεταβολισμό των καλλιεργούμενων φυτών παντζαριού και μαρουλιού, αυξάνοντας σημαντικά το ρυθμό παραγωγής των ιδιαίτερα ευεργετικών για την υγεία φυτοχημικών ενώσεων όπως φαινολικών και μπετακυανινών. Η αύξηση όχι μόνο της περιεκτικότητας αλλά και της ενεργότητας των αντιοξειδωτικών παραγόντων επιβεβαιώθηκε με τη χρήση προηγμένων μεθόδων προσδιορισμού όπως το EPR. Τέλος προσδιορίστηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν με σύγχρονη μέθοδο φασματομετρίας μαζών (LC-MS/MS) στα διαφορετικά μέρη των φυτών παντζαριού και στα φύλλα του μαρουλιού συνολικά επτά διαφορετικές πολυφαινολικές ενώσεις. / The pollution from chemical fertilizers is pronounced in Greek soils (particularly nitrates) and is therefore critical to reduce inputs of agrochemicals in the environment. The decrease of fertilization increases the concentration of antioxidants in plant tissues. Many scientific studies to date relate the diet with plant products of high nutritional value containing phenolic-antioxidants with the prevention of cardiovascular disease, number of cancers and aging. So the aims of the present research are: to reduce environmental pollution by reducing fertilizer applied to crops, and the production of crops with high biological and nutritional value, providing greater amounts of antioxidants in the human body. It should also be noted that the decrease in the quantities of fertilizer that will be required for the cultivation of plants will also lead to economic benefits to farmers and consumers, as it will reduce the cost of production of plant products. For this purpose the effect of varying concentration of nitrate granted via hydroponic nutrient solution, in the production rate of polyphenolic compounds in vegetables (lettuce and beetroot) was studied. It was found that maximizing the production of natural antioxidants is possible through the control of nitrogen nutrition. Also, it was ascertained that a critical point in the concentration of the administered nitrogen exists below which the secondary metabolism of the studied crops i.e. beetroot and lettuce is activated, significantly increasing the rate of production of the highly beneficial for the health compounds such as phenolic phytochemicals and betacyanins. The augmentation of the activity of antioxidants was confirmed by using advanced methods such as EPR. Finally seven different polyphenolic compounds were identified and quantified by the use of liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), in different plant parts of beetroot and lettuce leaves.

Η ενδοκυττάρια έγχυση σπέρματος (ICSI) εισήχθη ως μέθοδος υποβοηθούμενης αναπαραγωγής (ΑRT) κυρίως για την αντιμετώπιση της ανδρικής στειρότητας. Όμως, λόγω των υψηλών ποσοστών επιτυχίας, και παρά τις αυξανόμενες ανησυχίες για τους κινδύνους από τη σημαντική ανθρώπινη παρεμβολή στο γονιδίωμα, το επιγονιδίωμα και την ανάπτυξη των παιδιών, προτιμάται ακόμα και σε περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται ιατρικά. Από τις λίγες σήμερα συστηματικές μελέτες παιδιών από ART, καταγράφεται αυξημένο ποσοστό προδιάθεσης τους σε ασθένειες που σχετίζονται με κακό καρδιομεταβολικό πρότυπο στην ενήλικη ζωή. Στόχος της εργασίας ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης της μεταβολομικής ανάλυσης για τον πρώϊμο και έγκυρο προσδιορισμό σχετικών διαταραχών σε δείγματα πλάσματος προεφηβικών κοριτσιών και αγοριών από ΙCSI, που επιλέχτηκαν από ένα συστηματικά χαρακτηρισμένο σύνολο παιδιών μελέτης της Α’ Παιδιατρικής Κλινικής, Νοσοκομείου «Αγία Σοφία», Ιατρικής Σχολής, ΕΚΠΑ. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ: Τα μεταβολικά πρότυπα πλάσματος (α) 10 κοριτσιών από ΙCSI και 10 από φυσιολογική γονιμοποίηση (NC) και (β) 16 αγοριών από ΙCSI και 16 από NC ποσοτικοποιήθηκαν με χρωματογραφία αερίων – φασματομετρία μάζας (GC-MS). Μετά από την ταυτοποίηση κορυφών και την κατάλληλη κανονικοποίηση των προτύπων, 86 πρότυπα 70 μεταβολιτών στα κορίτσια και 92 πρότυπα 80 μεταβολιτών στα αγόρια αναλύθηκαν ξεχωριστά, και συγκριτικά με αλγορίθμους πολυπαραμετρικής στατιστικής ανάλυσης των λογισμικών TM4-MeV (v.4.9.0), και ΧLSTAT (v.2013.4.03). Οι διαφορές στο πρότυπο σύστασης του πλάσματος σε μικρού μεγέθους μεταβολίτες μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων σε κορίτσια και αγόρια και μεταξύ των δύο φύλων οπτικοποιήθηκαν σε κατάλληλα ανακατασκευασμένο από τη βιβλιογραφία και σχετικές βάσεις δεδομένων μεταβολικό δίκτυο πολλών ιστών. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Στα κορίτσια, ο αλγόριθμος μερικών ελαχίστων τετραγώνων-διακριτής ανάλυσης (PLS-DA) κατέδειξε σαφή διαχωρισμό των μεταβολικών πρoτύπων μεταξύ των ομάδων ΙCSI και NC. Ο διαχωρισμός αυξάνεται με το συνυπολογισμό των βιοχημικών μετρήσεων. Στα αγόρια, η PLS-DA των μεταβολικών ή και βιοχημικών προτύπων κατέδειξε επίσης διαχωρισμό, αν και μικρότερο, σε σχέση με κορίτσια. Η ανάλυση σημαντικότητας για μικροσυστοιχίες (SAM), που ενδείκνυται για την ανάλυση ομικών δεδομένων, ανέδειξε 37 από τους 70 μεταβολίτες που αναλύθηκαν στα κορίτσια με σημαντικά διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων, με 34 από αυτούς να αυξάνονται στην ICSI ομάδα. Οι 34 μεταβολίτες αφορούν κύρια σε σάκχαρα, αλκοόλες και οξέα σακχάρων, οργανικά οξέα και λιπίδια, που έχουν συνδεθεί με αντίσταση στην ινσουλίνη, μεταβολικό σύνδρομο, ή/και την παχυσαρκία. Η ίδια ανάλυση στα αγόρια ανέδειξε 25 από τους 80 μεταβολίτες που αναλύθηκαν με χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, εκ των οποίων 9 με σημαντικά μικρότερη συγκέντρωση στην ομάδα ΙCSI. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι στους 9 μεταβολίτες ανήκουν οι 4 με την πλέον διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ICSI και NC ομάδων, που είναι η σορβιτόλη, και τα αρωματικά αμινοξέα τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη και τυροσίνη. Συγκριτική ανάλυση του μεταβολικού προτύπου των δύο φύλων στην NC ομάδα κατέδειξε μια σαφή διαφοροποίηση, η οποία φαίνεται να αποτελεί κύρια αιτία της παρατηρούμενης φυλο-ειδικής μεταβολικής διαφοροποίησης μεταξύ των ομάδων ICSI και ΝC. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η πολυπαραμετρική ανάλυση της σύστασης του πλάσματος σε μικρού μοριακού βάρους μεταβολίτες επέτρεψε τον προσδιορισμό μεταβολικών διαφορών μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, που υποστηρίζουν την προδιάθεση των παιδιών από ICSI σε αντίσταση στην ινσουλίνη, με διακριτούς όμως μεταβολικούς και βιοχημικούς δείκτες μεταξύ των δύο φύλων. Τα ευρήματα αυτά πρέπει να επιβεβαιωθούν σε ένα ευρύτερο σύνολο παιδιών και των δύο φύλων. Καταδεικνύουν όμως την αξία της μεταβολομικής να παρέχει μία υψηλής ευκρίνειας προοπτική της μεταβολικής κατάστασης, οδηγώντας στον προσδιορισμό χαρακτηριστικών μεταβολικών προτύπων ακόμα και σε πολύπλοκες καταστάσεις φυσιολογίας. / The intracytoplasmic sperm injection (ICSI) method was introduced in artificial reproduction technology (ART) mainly to treat male infertility. However, due to its high success rates and despite the growing concerns concerning the risk that the significant human intervention associated with this method may have to the genome, epigenome and development of the offspring, the use of ICSI has gradually increased in the recent years, even when it is not medically required. Based on the few currently available systematic studies of ART conceived children, the latter are considered of higher risk for cardio-metabolic diseases as adults. The goal of the present study is to investigate whether metabolomic analysis of the blood plasma could contribute to the early and accurate determination of relevant predisposition in ICSI conceived prepubertal girls and boys, specifically selected from a systematically characterized group of children, participated in a study of the First Department of Pediatrics of the “Agia Sophia” Hospital, Medical School, University of Athens. MATERIALS AND METHODS: The blood plasma metabolic profiles of (a) 10 ICSI- and 10 naturally conceived (NC) girls and (b) 16 ICSI and 16 NC boys were acquired using gas chromatography-mass spectrometry. After peak identification and appropriate normalization, 86 profiles of 70 metabolites in girls and 92 profiles of 80 metabolites in boys were analyzed separately and comparatively using multivariate statistical analysis algorithms of TM4-MeV (v.4.9.0) and XLSTAT (v.2013.4.03) software. The differences in the plasma metabolite concentration profiles between the ICSI and NC groups in girls and boys were visualized in an inter-tissue metabolic network that was reconstructed based on relevant literature and metabolic databases. RESULTS: For the girls, the algorithm of partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA) indicated a clear differentiation of the metabolic profiles between the ICSI and NC groups. The discrimination is more pronounced, when biochemical data are also considered. For the boys also, PLS-DA indicated separation between the metabolomic profiles of the two groups analyzed individually or in combination with the biochemical data, but not as explicit as in girls. Significance analysis for microarrays (SAM) determined 37 out of the 70 analyzed metabolites in the plasma profiles of the girls with significantly different concentration between the ICSI and the NC groups; 34 of these were of higher concentration in the ICSI group. The 34 metabolites include mainly sugars, sugar alcohols and acids, organic acids and lipids that have been associated with insulin resistance, metabolic syndrome and/or obesity. The same analysis in the plasma profiles of the boys determined 25 out of the 80 analyzed metabolites with significant difference between the ICSI and NC groups; nine of these were of significantly lower concentration in the ICSI group. It is underlined that the four most discriminatory metabolites between the ICSI and NC groups, i.e. sorbitol and the aromatic amino acids tryptophan, phenylalanine and tyrosine, are among the nine negatively significant. Comparative analysis of the metabolic profiles between the two sexes within the NC group indicated an unequivocal differentiation, which is considered to be the main cause of the observed sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups. CONCLUSIONS: The multivariate statistical analysis of blood plasma metabolite profiles enabled the determination of sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups; these differences support increased predisposition to insulin resistance for the ICSI offspring, with clearly different, however, metabolic and biochemical markers in the two sexes. These findings need to be confirmed in a wider group of children. They demonstrate, however, the value of metabolomics to provide a high-resolution perspective of the metabolic state, leading to the determination of characteristic metabolic profiles even in complex physiological conditions.

Στην μετα-γονιδιωματική εποχή, την εποχή της συστημικής βιολογίας, η κατανόηση της πολυπλοκότητας της κυτταρικής φυσιολογίας απαιτεί την ανάλυση της δυναμικής των δικτύων βιομοριακών αλληλεπιδράσεων σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. Με τη σειρά της, η λειτουργική γονιδιωματική, ένας θεμελιώδης λίθος της συστημικής βιολογίας, στοχεύει στον πολυδιάστατο χαρακτηρισμό ενός γονιδίου, συνδυάζοντας δεδομένα από τις τεχνολογίες υψηλής απόδοσης. Είναι αυτή ακριβώς η ενοποίηση όλων των μοριακών προτύπων για ένα διαταραγμένο βιολογικό σύστημα που μπορεί να δώσει πληροφορίες αναφορικά με την λειτουργία ενός αγνώστου γονιδίου. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα Διπλωματική Εργασία αποτελεί μέρος της ολιστικής λειτουργικής ανάλυσης δύο αλληλεπιδρώντων, αγνώστου βιολογικού ρόλου, πρωτεϊνών, της DGCR14 και της FRA10AC1, οι οποίες έχουν απομονωθεί ως συστατικά του σωματιδίου συναρμογής και έχουν συσχετιστεί με νευρολογικές ασθένειες. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην μεταβολομική μελέτη των μοριακών επιπτώσεων της υπερέκφρασης της DGCR14 σε ένα ανθρώπινο κυτταρικό μοντέλο, τα κύτταρα HeLa, με την χρήση της αέριας χρωματογραφίας - φασματομετρία μάζας. Ωστόσο, για να επιτευχθεί αυτό, θέματα σχετικά με τις δυνατότητες ποσοτικοποίησης των πολυβηματικών ομικών αναλύσεων έπρεπε να επιλυθούν. Μια σημαντική παράμετρος αφορά στην γρήγορη αδρανοποίηση των ενζυματικών διεργασιών έτσι ώστε οι αποκτηθέντες μετρήσεις να αντικατοπτρίζουν την πραγματική κυτταρική φυσιολογία. Για τον σκοπό αυτό, ο πειραματικός σχεδιασμός πρέπει να τροποποιείται κατάλληλα έτσι ώστε οποιεσδήποτε απαιτούμενες προ-αναλυτικές διαδικασίες χειρισμού των κυττάρων να έχουν ελάχιστη επίδραση στην φυσιολογία τους. Μελετήσαμε συνεπώς την επίδραση τεσσάρων πρωτοκόλλων συλλογής προσκολλημένων κυττάρων και δύο διαφορετικών διαλυμάτων έκπλυσης στο μεταβολικό πρότυπο κυττάρων HeLa. Τα μεταβολομικά δεδομένα αξιολογήθηκαν στο πλαίσιο της καρκινικής μεταβολικής φυσιολογίας και το πρωτόκολλο με την ελάχιστη δυνατή επίδραση στην κυτταρική φυσιολογία καθορίστηκε. Μεταξύ των αποτελεσμάτων αυτής της μελέτης, πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την μεταβολική φυσιολογία των αθανατοποιημένων κυτταρικών σειρών προέκυψαν, οι οποίες ενίσχυσαν σημαντικά την υπάρχουσα γνώση γύρω από τον καρκινικό μεταβολισμό, σε σταθερές ή μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Επακόλουθα, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας συλλογής είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία ενός αντιπροσωπευτικού μεταβολικού προτύπου κυττάρων HeLa πάνω στο οποίο πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση της υπερέκφρασης της πρωτεΐνης DGCR14 χωρίς να επισκιάζεται από πειραματικές αποκλίσεις εισαγόμενες από την διαδικασία χειρισμού των κυττάρων. Αναφορικά με τα κύτταρα που υπερεκφράζουν την DGCR14, η μεταβολομική ανάλυση εντόπισε μια αλλαγή φυσιολογίας συνδεόμενη με συγκεκριμένα μεταβολικά μονοπάτια τα οποία υποδηλώνουν έντονο μεταβολικό στρες. Για να διερευνήσουμε την συσχέτιση της υπερέκφρασης της DGCR14 με τον παραπάνω μεταβολικό φαινότυπο, χρησιμοποιήσαμε το ανακατασκευασμένο δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου συναρμογής στον άνθρωπο και το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο από την μετα-βάση δεδομένων PICKLE, προκειμένου να αντλήσουμε επιπλέον πληροφορίες για τον ρόλο της DGCR14 βάσει της θέσης της σε σχέση με άλλους κόμβους και υπερ-κόμβους. Μια πιθανή λειτουργική συσχέτιση της DGCR14 με αυτοφαγικούς και λυσοσωμικούς μηχανισμούς βρέθηκε, η οποία θα αξιολογηθεί και μελλοντικά μέσω της ανάλυσης, ξεχωριστά και συνδυαστικά, των μοριακών συνεπειών της υπερ- και υπο-έκφρασης σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. / In the post-genomic, systems biology era, developing a systems level understanding of a physiological process requires the analysis of biomolecular network dynamics at all molecular levels of cellular function. Likewise, functional genomics, an essential foundation of systems biology research, aims to define and analyze gene function at a global level by integrating data obtained from multiple high-throughput technologies. It is the integration of all the molecular profiles for a systematically perturbed system that can provide insight about the function of unknown genes. Along these lines, the present study is part of the systematic functional analysis of two interacting, but yet of unknown biological role, spliceosomal proteins, DGCR14 and FRA10AC1, that have both been implicated in neurological diseases. The present work focuses on studying the molecular consequences of DGCR14 overexpression in a human cell model, HeLa cells, at the metabolic level using Gas Chromatography-(ion trap) Mass Spectrometry. However, to succeed in this, issues regarding the quantification capabilities of the multistep omic analysis procedures needed to be resolved. A major concern refers to the fast quenching of any enzymatic processes, so that the acquired measurements indeed reflect the cellular physiology in vivo. To this end, the experimental design should be appropriately adjusted so that any required sample handling actions before quenching have a minimal effect on cellular physiology. Thus, we investigated the effect of four cell collection protocols and two different washing solutions on the intracellular metabolic profile measurements of a HeLa cell culture. The measurements were interpreted in the context of the known cancer cell metabolic physiology and the protocol with the minimum possible effect on cellular physiology was specified. Among the results of this study, valuable information about the metabolic physiology of the immortal cell line arise, which improved our knowledge about cancer metabolism under steady or varying environmental conditions. Subsequently, the optimization of the collection procedure enabled us to establish a representative metabolic profile of HeLa cells against which the overexpression of DGCR14 was evaluated without being obscured by the effect of the sample handling. Regarding the overexpressing cells, the metabolomic analysis detected a trend of physiological change connected to specific metabolic pathways indicating strong metabolic stress. To understand how DGCR14 overexpression generates this particular metabolic phenotype, we used the human spliceosomal complex protein-protein interaction (PPI) network and the integrated human PPI meta-database PICKLE to extract additional information about DGCR14 role based on its location with respect to other nodes and hubs. A possible functional correlation of DGCR14 to autophagic and lysosomal mechanisms was established, that will be further evaluated in the future through the analysis, separately and in combination, of the consequences of DGCR14 over- and under-expression at all molecular levels of cellular function.