I ricercatori hanno dimostrato che le cisti pericolose, che si formano nel tempo nella malattia del rene policistico (PKD), possono essere prevenute da una singola copia normale di un gene difettoso. Ciò significa che esiste la possibilità che un giorno gli scienziati possano personalizzare una terapia genica per curare la malattia. Hanno anche scoperto che un tipo di farmaco, noto come glicoside, può eludere gli effetti del gene difettoso nel Rene policistico . Le scoperte potrebbero gettare le basi per nuovi approcci terapeutici al trattamento del rene policistico, che colpisce milioni di persone in tutto il mondo.
Lo studio è pubblicato su Cell Stem Cell.
Rene policistico:
una terapia genica per curare la malattia
Gli scienziati hanno utilizzato l’editing genetico e modelli 3D di cellule umane noti come organoidi per studiare la genetica del rene policistico, una malattia renale ereditaria pericolosa per la vita in cui un difetto genetico fa sì che i tubi microscopici nei reni si espandano come palloncini d’acqua, formando cisti nel corso di decenni.
Le cisti possono escludere i tessuti sani, causando problemi di funzionalità renale e insufficienza renale . La maggior parte delle persone affette da Rene policistico nascono con una copia genetica sana e una copia genetica difettosa nelle cellule.
“Il rene policistico umana è stata così difficile da studiare perché le cisti impiegano anni e decenni per formarsi”, ha affermato l’autore senior dello studio Benjamin Freedman, Ph.D., presso l’Università di Washington, Seattle. “Questa nuova piattaforma ci fornisce finalmente un modello per studiare la genetica della malattia e, si spera, iniziare a fornire risposte ai milioni di persone colpite da questa malattia”.
Per comprendere meglio le ragioni genetiche per cui si formano le cisti nel rene policistico, Freedman e i suoi colleghi hanno cercato di determinare se organoidi mini-renali umani tridimensionali con una copia genetica normale e una copia difettosa potessero formare cisti.
Hanno coltivato organoidi, che possono imitare le caratteristiche della struttura e della funzione di un organo, da cellule staminali pluripotenti indotte , che possono diventare qualsiasi tipo di cellula nel corpo.
Per generare organoidi contenenti mutazioni clinicamente rilevanti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di editing genetico chiamata editing di base per creare mutazioni in determinate posizioni sui geni PKD1 e PKD2 nelle cellule staminali umane.
Si sono concentrati su quattro tipi di mutazioni in questi geni che sono noti per causare la PKD interrompendo la produzione della proteina policistina. Le alterazioni di due tipi di proteine, la policistina-1 e la policistina-2, sono associate alle forme più gravi di rene policistico.
Hanno poi confrontato le cellule con due mutazioni nella copia del gene negli organoidi con le cellule con una sola mutazione nella copia del gene. In alcuni casi, hanno anche utilizzato l’editing genetico per correggere le mutazioni in una delle due copie del gene per vedere come questo influenzasse la formazione delle cisti.
Hanno scoperto che gli organoidi con due copie genetiche difettose producevano sempre cisti e quelli che portavano una copia genetica buona e una copia difettosa non formavano cisti.
“Non sapevamo se avere una mutazione genetica in una sola copia del gene fosse sufficiente per causare la malattia del rene policistico, o se fosse necessario un secondo fattore, come un’altra mutazione o un danno renale acuto “, ha detto Freedman. “Non è chiaro quale sarebbe l’aspetto di un simile fattore scatenante e fino ad ora non avevamo un buon modello sperimentale per la malattia del rene policistico umana.”
Secondo Freedman, le cellule con una copia genetica sana producono solo la metà della normale quantità di policistina-1 o policistina-2, ma ciò era sufficiente per prevenire lo sviluppo di cisti. Ha aggiunto che i risultati suggeriscono la necessità di un secondo fattore scatenante e che prevenire quel secondo colpo potrebbe essere in grado di prevenire la malattia.
I modelli organoidi hanno inoltre fornito la prima opportunità di studiare l’efficacia di una classe di farmaci noti come glicoside selettivo ribosomiale eucariotico sulla formazione di rene policistico.
“Questi composti funzioneranno solo su mutazioni di una singola coppia di basi, che sono comunemente osservate nei pazienti con PKD”, ha spiegato Freedman.
“Non ci si aspetterebbe che funzionassero su nessun modello murino e non funzionavano nei nostri precedenti modelli organoidi di PKD. Avevamo bisogno di creare quel tipo di mutazione in un modello sperimentale per testare i farmaci.”
Il team di Freedman ha scoperto che i farmaci potrebbero ripristinare la capacità dei geni di produrre policistina, aumentando i livelli di policistina-1 al 50% e prevenendo la formazione di cisti. Anche dopo che le cisti si erano formate, l’aggiunta dei farmaci ne ha rallentato la crescita.
Freedman ha suggerito che il passo successivo sarebbe quello di testare i farmaci glicosidi esistenti nei pazienti. I ricercatori potrebbero anche esplorare l’uso della terapia genica come trattamento per il rene policistico.
La terapia genica per la malattia del rene policistico
Il blocco dell’inibizione dell’espressione genica PKD1 e PKD2 mediante l’eliminazione di un sito di legame per i microRNA ha ostacolato la formazione e la crescita di cisti renali nei modelli di malattia renale policistica autosomica dominante (ADPKD), hanno riferito i ricercatori dell’UT Southwestern. I risultati, pubblicati su Nature Communications , suggeriscono una strategia per la terapia genica con il potenziale di arrestare o curare l’ADPKD.
“Sappiamo da più di 25 anni che l’ADPKD è causato da mutazioni dei geni PKD1 o PKD2. Tuttavia, non esiste alcuna strategia terapeutica per affrontare queste cause profonde”, ha affermato Vishal Patel, MD, professore associato di medicina interna presso la divisione di Nefrologia presso UTSW e autore corrispondente dell’articolo.
L’ADPKD è una delle patologie genetiche umane più comuni e la causa genetica più frequente di insufficienza renale, che colpisce circa 12,5 milioni di persone in tutto il mondo. L’ADPKD è una malattia ereditaria in cui i pazienti tipicamente ereditano una copia mutata di PKD1 (o PKD2) e una copia normale.
La malattia è caratterizzata dalla frequente formazione di numerose piccole sacche piene di liquido chiamate cisti renali, che si ritiene si formino quando i livelli di PKD1 o PKD2 scendono al di sotto di una soglia critica. Ciò può verificarsi quando la copia normale del gene non produce abbastanza proteine Policistina-1/Policistina-2.
Le proteine sono prodotte (o tradotte) dall’acido ribonucleico messaggero di un gene (mRNA). A un’estremità del filamento dell’mRNA c’è una regione di codice che aiuta a proteggerlo dalla degradazione ma può anche controllare la quantità di proteina prodotta. Il legame dei microRNA a questa regione del codice dell’mRNA può bloccare la traduzione, portando alla produzione di meno proteine.
PKD1 contiene un sito di legame per miR-17, un microRNA altamente espresso e attivo nei modelli di ADPKD. Quindi, il dottor Patel e i suoi colleghi hanno chiesto se il blocco del legame di miR-17 con PKD1 potesse prevenire la formazione di cisti renali.
I ricercatori hanno eliminato il sito di legame del miR-17 dall’mRNA di PKD1 in colture cellulari e da un modello murino di ADPKD. I loro risultati hanno indicato che l’eliminazione del sito di legame ha aumentato la stabilità del filamento di mRNA, aumentato i livelli di policistina-1 e diminuito la crescita delle cisti renali.
Inoltre, il gruppo ha scoperto che il blocco del legame del miR-17 all’mRNA di PKD1 con un farmaco anti-miR-17 dopo la formazione della cisti riduceva anche la crescita della cisti, indicando che questa interazione potrebbe essere un obiettivo promettente per il trattamento della malattia del rene policistico (PKD).
“Esistono numerose condizioni genetiche in cui una copia del gene causativo è mutata, ma l’altra copia è ancora normale. Il nostro approccio per sfruttare la copia normale rimanente è probabilmente applicabile a molte altre malattie oltre alla malattia del rene policistico”, ha affermato il dottor Patel.
Modelli di mini-rene per identificare potenziali farmaci per la malattia del rene policistico
In un nuovo studio su Cell Stem Cell , gli scienziati del laboratorio USC di Andy McMahon hanno generato semplici strutture simili a reni chiamate organoidi e le hanno utilizzate per identificare potenziali farmaci per il trattamento della malattia del rene policistico ad esordio in età adulta.
Colpisce 8 milioni di pazienti in tutto il mondo, la forma di rene policistico ad esordio in età adulta segue quello che è noto come un modello di ereditarietà “autosomico dominante”, il che significa che la malattia si sviluppa quando una persona eredita una brutta copia del gene PKD1 o PKD2 e si perde anche l’attività della seconda copia buona.
La malattia del rene policistico autosomico dominante (ADPKD) causa grandi cisti piene di liquido in molte regioni del rene, portando alla perdita della funzionalità renale e ad altre complicazioni potenzialmente letali che colpiscono il fegato, il pancreas e il cuore.
Tolvaptan, l’unico farmaco approvato dalla FDA per il trattamento dell’ADPKD, rallenta ma non blocca la progressione della malattia e funziona solo in un sottogruppo di cisti composte da un particolare tipo di cellule renali.
Per accelerare la ricerca di nuovi trattamenti per l’ADPKD, i primi autori Tracy Tran, Cheng (Jack) Song e i loro colleghi hanno iniziato con le cellule staminali pluripotenti umane , che hanno la capacità di moltiplicarsi per produrre più cellule staminali o di differenziarsi in molti tipi diversi di cellule staminali. cellule specializzate . Hanno usato queste cellule staminali pluripotenti per coltivare organoidi costituiti da una o due strutture simili alle unità filtranti del rene, note come nefroni.
“Questi organoidi sono semplici, riproducibili, scalabili ed economici”, ha affermato il professor McMahon, l’autore principale dello studio, presidente del Dipartimento di biologia delle cellule staminali e medicina rigenerativa e direttore dell’Eli and Edythe Broad Center for Regenerative. Medicina e ricerca sulle cellule staminali presso la USC.
“La cosa più importante è che gli organoidi possono ricapitolare in modo coerente gli aspetti chiave del normale sviluppo del rene umano, così come la formazione di cisti nell’ADPKD.”
Gli scienziati hanno dimostrato che gli organoidi contenevano molti dei precursori cellulari e delle firme genetiche necessarie per costruire il rene durante lo sviluppo embrionale.
Quando sono stati impiantati in un topo, le strutture simili al nefrone degli organoidi hanno iniziato a sviluppare vascolarizzazione e hanno persino raggiunto una capacità limitata di filtrare i rifiuti, una delle funzioni più importanti del rene.
Per rendere gli organoidi utili per lo studio dell’ADPKD, gli scienziati hanno utilizzato l’editing genetico CRISPR/Cas9 per inattivare PKD1 o PKD2 . Come anticipato, gli organoidi geneticamente modificati hanno iniziato a formare cisti, che alla fine si sono staccate e sono cresciute fino a raggiungere un diametro di centimetri.
Gli scienziati hanno quindi eseguito il primo screening utilizzando organoidi umani geneticamente modificati per identificare potenziali farmaci terapeutici per l’ADPKD, concentrandosi su una raccolta di inibitori enzimatici per fornire un’ampia visione dei meccanismi cellulari che controllano la formazione delle cisti.
“I nostri organoidi si sono rivelati molto utili per identificare farmaci terapeutici candidati che meritano ulteriori studi per il trattamento dell’ADPKD”, ha affermato Song, che è uno studioso post-dottorato di Amgen presso il McMahon Lab.
Dopo aver testato una raccolta di 247 composti inibitori degli enzimi sugli organoidi, gli scienziati ne hanno trovati nove che inibivano la crescita delle cisti, senza arrestare la crescita complessiva degli organoidi. Un composto, la chinazolina, si è rivelato particolarmente efficace.
“In futuro, gli organoidi diventeranno uno strumento sempre più potente per modellare e comprendere le malattie umane, identificare potenziali trattamenti e, infine, fornire trapianti per sostituire la funzione degli organi per i pazienti”, ha affermato Tran, che ha svolto la ricerca come dottorato di ricerca. studente del McMahon Lab ed è attualmente tirocinante post-dottorato presso l’UCLA.
Qual è la differenza tra cisti renali e malattia del rene policistico?
I tuoi reni sono situati nella parte posteriore dell’addome, sotto le costole inferiori, uno su ciascun lato della colonna vertebrale. Uno dei compiti importanti dei reni è pulire il sangue. Mentre il sangue si muove attraverso il corpo, raccoglie liquidi, sostanze chimiche e rifiuti in eccesso. I reni separano questo materiale dal sangue e viene espulso dal corpo attraverso le urine. Se i reni non sono in grado di farlo e la condizione non viene trattata, si verificano seri problemi di salute, con possibile perdita della vita.
Due disturbi renali con nomi simili ma circostanze diverse sono le cisti renali e la malattia del rene policistico.
Le cisti renali sono sacche rotonde di liquido che si formano sui o nei reni. Le cisti renali possono verificarsi insieme a disturbi che possono compromettere la funzionalità renale . Ma più spesso, le cisti renali sono un tipo chiamato cisti renali semplici. Le cisti renali semplici non sono tumori e raramente causano problemi. Le cisti complesse, tuttavia, devono essere monitorate per individuare eventuali cambiamenti che potrebbero rappresentare un cancro.
In un ampio studio, circa 1 persona su 10 aveva cisti renali semplici e, nelle persone di età pari o superiore a 50 anni, quasi 1 su 5 aveva cisti renali semplici, secondo il National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disorders.
Non è chiaro cosa causi le cisti renali semplici. Una teoria suggerisce che le cisti renali si sviluppino quando lo strato superficiale del rene si indebolisce e forma una sacca. La sacca quindi si riempie di liquido, si stacca e si sviluppa in una cisti.
Le cisti renali semplici in genere non causano sintomi, ma se crescono abbastanza grandi, i sintomi possono includere:
Dolore sordo alla schiena o al fianco
Febbre
Dolore alla parte superiore dello stomaco
Se una semplice cisti renale non provoca sintomi e non influisce sulla funzionalità renale, potrebbe non essere necessario alcun trattamento. Invece, il tuo medico potrebbe consigliarti di sottoporti a test di imaging, come gli ultrasuoni, nel tempo per vedere se la cisti renale cambia. Se una semplice cisti renale causa sintomi, il trattamento può comprendere il perforazione e il drenaggio della cisti, quindi il riempimento con una soluzione per prevenire recidive, o un intervento chirurgico per rimuovere la cisti.
La malattia del rene policistico è una malattia ereditaria in cui gruppi di cisti non cancerose si sviluppano principalmente all’interno dei reni, provocandone l’ingrossamento e la perdita di funzionalità nel tempo. Le cisti variano di dimensioni e possono diventare molto grandi. Avere molte cisti o cisti di grandi dimensioni può danneggiare i reni.
Secondo il National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disorders, la malattia del rene policistico è una delle malattie genetiche più comuni e colpisce circa 500.000 persone negli Stati Uniti.
I sintomi della malattia del rene policistico possono includere:
•Ipertensione
•Dolore alla schiena o al fianco
•Sangue nelle urine
•Una sensazione di pienezza nell’addome
•Aumento delle dimensioni dell’addome a causa dei reni ingrossati
•Mal di testa
•Calcoli renali
•Infezioni del tratto urinario o dei reni
•Insufficienza renale
Il trattamento della malattia del rene policistico comporta la gestione dei sintomi e delle complicanze nelle fasi iniziali, tra cui:
•Gestire la crescita delle cisti con i farmaci.
•Ritardare la progressione della malattia controllando la pressione alta.
•Le strategie di stile di vita per aiutare i reni a rimanere il più sani possibile il più a lungo possibile includono il mantenimento di un peso sano, l’assunzione di liquidi durante il giorno, una dieta a basso contenuto di sale e il consumo di meno proteine.
•Controllare il dolore.
•Trattamento tempestivo delle infezioni della vescica o dei reni con antibiotici per prevenire danni ai reni.
•Prevenire la formazione di coaguli di sangue ostruttivi nelle vie urinarie bevendo liquidi extra al primo segno di sangue nelle urine.
•Dialisi o trapianto di rene in caso di insufficienza renale.
