Η Νωτιαία Μυϊκή Ατροφία, Spinal Muscular Atrophy (SMA),  είναι μια νευρο-μυϊκή πάθηση που κληρονομείται με αυτοσωμικό και υπολειπόμενο τρόπο. Χαρακτηρίζεται από τον εκφυλισμό των πρόσθιων κεράτων των άλφα κινητικών νευρώνων του νωτιαίου μυελού με αποτέλεσμα τη συμμετρική μυϊκή αδυναμία και ατροφία των κινητικών μυών, ενώ σπάνια εμπλέκονται άλλα όργανα ή άλλο τμήμα του νευρικού συστήματος. Η συχνότητα της ετησίως εκτιμάται σε 1/10.000 γεννήσεις παγκοσμίως. Στην Ελλάδα αποτελεί το τρίτο πιο συχνό γενετικό νόσημα. Οι ασθενείς, ανάλογα με τη βαρύτητα της νόσου και την ηλικία εκδήλωσης συμπτωμάτων, κατατάσσονται σε 5 τύπους με τον τύπο SMA 0 και SMA I να αποτελούν τους τύπους με την πιο βαριά κλινική εικόνα. Στο 95% των περιπτώσεων παρατηρείται ομόζυγη έλλειψη του εξωνίου 7 του γονιδίου SMN1, με αποτέλεσμα την έλλειψη παραγωγής της βασικής πρωτεΐνης SMN. Το γειτονικό, και αρκετά παρόμοιο, γονίδιο SMN2 παράγει και αυτό ένα μικρό ποσοστό λειτουργικής SMN πρωτεΐνης, ωστόσο δε μπορεί να αντισταθμίσει την απώλεια του SMN1 γονιδίου. Η κλινική βαρύτητα της ασθένειας επηρεάζεται κυρίως από τον αριθμό αντιγράφων του SMN2 γονιδίου.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία, αρχικά περιγράφονται τα συστήματα του ανθρώπινου οργανισμού που επηρεάζονται από την ασθένεια αυτή και επίσης και η ίδια η νόσος. Τα συμπτώματά της, οι τύποι εκδήλωσης της, η πορεία διάγνωσης της καθώς και η φυσιολογία της. Ακολουθεί η γονιδιακή της ανάλυση, η περιγραφή και η λειτουργία της πρωτεΐνης SMN καθώς και τα υπεύθυνα γονίδια της νόσου μαζί με τους πιθανούς τροποποιητικούς παράγοντες τους, που βρέθηκαν κατά την διάρκεια της γονιδιακής ανάλυσης.

Στην συνέχεια, επεξηγούνται στοιχεία από τη θεωρία γράφων, ένα εργαλείο μαθηματικών και πληροφορικής. Πρόκειται για ένα σημαντικό και εξαιρετικά βοηθητικό εργαλείο στην οργάνωση και σχηματική απεικόνιση των βιολογικών δικτύων και μονοπατιών,  κυτταρικών διεργασιών, γονιδιακών εκφράσεων και μεταγραφικών παραγόντων όπου συμμετέχουν τα υπο-μελέτη γονίδια μας.

Έπειτα, ακολουθεί ανάλυση εμπλουτισμού λίστας γονιδίων (gene set enrichment analysis) χρησιμοποιώντας τα προαναφερθέντα γονίδια καθώς και το ψηφιακό εργαλείο Enrichr. Περιληπτικά, γίνεται έλεγχος αν το σύνολο των γονιδίων μας εμφανίζεται υπερβολικά σε κάποιο βιολογικό μονοπάτι είτε σε κάποια οντολογία, γίνεται σύγκριση με γνωστά μονοπάτια, με χημικές ουσίες ή φάρμακα που επηρεάζουν θετικά ή αρνητικά τα γονίδια μας, κ.ο.κ.

Ολοκληρώνοντας, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα αυτής της ανάλυσης. Επιβεβαιώνεται ότι αυτή η λίστα γονιδίων έχει βιολογική συνοχή και ισχυρή παθολογική συνάφεια με την SMA. Εμφανίστηκαν αρκετοί δυνητικά φαρμακευτικοί στόχοι και νέες πληροφορίες που μπορούν να αποτελέσουν βάση για μελλοντικό   προσυμπτωματικό έλεγχο της νόσου αυτής.

Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a neuromuscular disorder inherited in an autosomal recessive manner. It is characterized by the degeneration of the anterior horns of the alpha motor neurons in the spinal cord, resulting in symmetrical muscle weakness and atrophy of the motor muscles, while other organs or parts of the nervous system are rarely involved. Its annual incidence is estimated at 1 in 10,000 live births worldwide. In Greece, it is the third most common genetic disorder. Patients, depending on the severity of the disease and the age of symptom onset, are classified into five types, with SMA type 0 and type I representing the most severe clinical phenotypes. In 95% of cases, a homozygous deletion of exon 7 in the SMN1 gene is observed, resulting in the absence of production of the essential SMN protein. The neighboring and highly similar SMN2 gene also produces a small amount of functional SMN protein; however, it cannot compensate for the loss of the SMN1 gene. The clinical severity of the disease is mainly influenced by the number of SMN2 gene copies.

In this thesis, the human body systems affected by the disease are initially described, as well as the disease itself. Its symptoms, types of manifestation, diagnostic process, and physiology are presented. This is followed by its genetic analysis, the description and function of the SMN protein, and the genes responsible for the disease, along with possible modifying factors identified during genetic analysis.

Subsequently, elements of graph theory—a mathematical and computer science tool—are explained. This constitutes an important and highly useful method for organizing and graphically representing biological networks and pathways, cellular processes, gene expressions, and transcription factors in which the studied genes are involved.

Afterwards, a gene set enrichment analysis is conducted using the aforementioned genes and the digital tool Enrichr. In brief, this analysis tests whether our set of genes is overrepresented in a particular biological pathway or ontology, comparing it with known pathways, as well as with chemical compounds or drugs that positively or negatively affect our genes.

Finally, the results and conclusions of this analysis are presented. It is confirmed that this gene list has biological coherence and strong pathological relevance to SMA. Several potential therapeutic targets and new insights emerged, which could serve as a basis for future presymptomatic screening of this disease.