Systemic lupus erythematosus (SLE) is a prototype systemic autoimmune disease characterized by flares of high morbidity. Using oligonucleotide microarrays, we now show that active SLE can be distinguished by a remarkably homogeneous gene expression pattern with overexpression of granulopoiesis-related and interferon (IFN)-induced genes. Using the most stringent statistical analysis (Bonferroni correction), 15 genes were found highly up-regulated in SLE patients, 14 of which are targets of IFN and one, defensin DEFA-3, a major product of immature granulocytes. A more liberal correction (Benjamini and Hochberg correction) yielded 18 additional genes, 12 of which are IFN-regulated and 4 granulocyte-specific. Indeed immature neutrophils were identified in a large fraction of SLE patients white blood cells. High dose glucocorticoids, a standard treatment of disease flares, shuts down the interferon signature, further supporting the role of this cytokine in SLE. The expression of 10 genes correlated with disease activity according to the SLEDAI. The most striking correlation (P < 0.001, r = 0.55) was found with the formyl peptide receptor-like 1 protein that mediates chemotactic activities of defensins. Therefore, while the IFN signature confirms the central role of this cytokine in SLE, microarray analysis of blood cells reveals that immature granulocytes may be involved in SLE pathogenesis.

Summary

 The analysis of patient blood transcriptional profiles offers a means to investigate the immunological mechanisms relevant to human diseases on a genome-wide scale. In addition, such studies provide a basis for the discovery of clinically relevant biomarker signatures. We designed a strategy for microarray analysis that is based on the identification of transcriptional modules formed by genes coordinately expressed in multiple disease data sets. Mapping changes in gene expression at the module level generated disease-specific transcriptional fingerprints that provide a stable framework for the visualization and functional interpretation of microarray data. These transcriptional modules were used as a basis for the selection of biomarkers and the development of a multivariate transcriptional indicator of disease progression in patients with systemic lupus erythematosus. Thus, this work describes the implementation and application of a methodology designed to support systems-scale analysis of the human immune system in translational research settings.

Cytokines, most particularly TNF and type I IFN (IFN-αβ), have been long considered essential elements in the development of autoimmunity. Identification of TNF in the pathogenesis of rheumatoid arthritis and TNF antagonist therapy represent successes of immunology. IFN-αβ plays a major role in systemic lupus erythematosus (SLE), a prototype autoimmune disease characterized by a break of tolerance to nuclear components. Here, we show that TNF regulates IFN-α production in vitro at two levels. First, it inhibits the generation of plasmacytoid dendritic cells (pDCs), a major producer of IFN-αβ, from CD34 + hematopoietic progenitors. Second, it inhibits IFN-α release by immature pDCs exposed to influenza virus. Neutralization of endogenous TNF sustains IFN-α secretion by pDCs. These findings are clinically relevant, as five of five patients with systemic juvenile arthritis treated with TNF antagonists display overexpression of IFN-α-regulated genes in their blood leukocytes. These results, therefore, might provide a mechanistic explanation for the development of anti-dsDNA antibodies and lupus-like syndrome in patients undergoing anti-TNF therapy.

Chromatin remodeling plays a critical role in tumor suppression as demonstrated by 20% of human cancers bearing inactivating mutations in SWI/SNF chromatin remodeling complex members. Mutations in different SWI/SNF subunits drive a variety of adult and pediatric tumor types, including non-small cell lung cancers, rhabdoid tumors, medulloblastomas, and ovarian cancers. Small cell carcinoma of the ovary hypercalcemic type (SCCOHT) is an aggressive subtype of ovarian cancer occurring in young women. Nearly all (>98%) SCCOHTs have inactivating mutations in SMARCA4, which encodes 1 of 2 mutually exclusive catalytic subunits of the SWI/SNF complex. Less than half of SCCOHT patients survive 5 years despite aggressive surgery and multimodal chemotherapy. Empirical support for effective SCCOHT treatments is scarce, in part because of the poor understanding of SCCOHT tumorigenesis. To gain insight into the functional consequences of SWI/SNF subunit loss, we defined SWI/SNF composition and its protein-protein interactions (PPIs) by immunoprecipitation and mass spectrometry (IP-MS) of SWI/SNF subunits in 3 SCCOHT cell lines. Comparing these results to a cell line containing a wild-type SWI/SNF complex, the interaction of most canonical core SWI/SNF subunits was observed in all SCCOHT cell lines at a lower abundance. The SCCOHT SWI/SNF also lacked ATPase module subunits and showed a drastic reduction in PBAF-specific subunit interactions. The wild-type and SCCOHT SWI/SNF subunits immunoprecipitated a shared set of 26 proteins, including core SWI/SNF subunits and RNA processing proteins. We observed 131 proteins exclusively interacting with the wild-type SWI/SNF complex including isoform-specific SWI/SNF subunits, members of the NuRD complex, and members of the MLL3/4 complex. We observed 60 PPIs exclusive to the SCCOHT residual SWI/SNF shared in at least 2 of the 3 SCCOHT cell lines, including many proteins involved in RNA processing. Differential interactions with the residual SWI/SNF complex in SCCOHT may further elucidate altered functional consequences of SMARCA4 mutations in these tumors as well as identify synthetic lethal targets that translate to other SWI/SNF-deficient tumors.