MicroARN en el desarrollo y la enfermedad renal Ⅱ

Desarrollo renal

Elriñón de mamífero(o metanefros) es un órgano vital que desempeña un papel fundamental en laexcreción de desechos metabólicos,regulación del volumen de líquido extracelular, ymantenimiento del electrolitoyhomeostasis ácido-base. Además, el riñón produce hormonas importantes, comoeritropoyetina, calcitriol,renina, yprostaglandinas(48). La capacidad funcional del riñón se correlaciona con la cantidad de nefronas funcionales que se forman durante el desarrollo del riñón antes del nacimiento, también denominado dotación de nefronas. Cada riñón humano contiene en promedio 1,000,000 nefronas, aunque este número varía considerablemente, con estimaciones que van desde 200,000 a 2,000,{{8 }} nefronas (49, 50). Conenvejecimiento,pérdida de reserva funcional de nefronasocurre con el tiempo (51, 52); por lo tanto, una dotación baja de nefronas al nacer se asocia con un mayor riesgo de desarrollar hipertensión y enfermedad renal crónica (ERC) en el futuro (53–55). Además, CAKUT, que conduce a una disminución de la dotación y función de las nefronas, es la principal causa de insuficiencia renal en niños, lo que resulta en una morbilidad y mortalidad significativas asociadas con el trasplante y la diálisis (56, 57). Por lo tanto, una mejor comprensión de los mecanismos celulares y moleculares que subyacen al establecimiento del número de nefronas y la formación normal de nefronas proporciona información sobre nuevas vías para predecir, prevenir y tratar la enfermedad renal infantil.

¿CUÁNTO TIEMPO TARDA EN QUE CISTANCHE FUNCIONE PARA LOS PACIENTES CON ENFERMEDADES RENALES?

Desarrollo del riñón metanéfricocomienza alrededor del día embrionario 10.5 (E10.5) en ratones y alrededor de la quinta semana de gestación en humanos (58). En respuesta a señales inductivas del mesénquima metanéfrico, la yema ureteral se extiende desde el extremo caudal del conducto de Wolff e invade el mesénquima adyacente (Figura 2). Al mismo tiempo, los morfógenos que emanan de la yema ureteral inducen la condensación del mesénquima metanéfrico para formar el mesénquima de la cápsula (también denominado progenitores de nefrona) alrededor de las puntas de la yema ureteral. A medida que avanza la nefrogénesis, la yema ureteral sufre rondas sucesivas de ramificación, elongación y diferenciación para generar los conductos colectores del riñón. Una subpoblación de progenitores de nefronas sufre una transición mesenquimal-epitelial para formar vesículas renales, que después de la polarización y el alargamiento se convierten en estructuras corporales en forma de coma y de S. Finalmente, la porción distal del cuerpo en forma de S se fusiona con el conducto colector para formar una nefrona funcional (59-61). El cuerpo en forma de S sufre una mayor diferenciación para formar los tipos de células maduras de la nefrona, además del conducto colector. Las células progenitoras del estroma Foxd1+ están adyacentes a los progenitores de nefrona en la zona cortical externa o nefrogénica del riñón en desarrollo (Figura 2) (62). Se cree que las señales del estroma cortical inhiben la expansión de las células progenitoras de la nefrona y estimulan su diferenciación, ya que la ablación del estroma renal produce una diferenciación alterada de las progenitoras de la nefrona (63). Las células progenitoras Foxd1+ dan lugar a todas las células estromales en el riñón metanéfrico, incluidas las células intersticiales medulares y corticales renales, pericitos, fibroblastos perivasculares, células mesangiales y células del músculo liso vascular (64, 65). Las perturbaciones en cualquier paso de este proceso pueden conducir a CAKUT, la principal causa de ERC infantil (66, 67).

La nefrona madura está compuesta por un glomérulo que actúa como unidad de filtración y un compartimento tubular de sorción posterior que se subdivide en un túbulo contorneado proximal, un asa de Henle, un túbulo contorneado distal y un conducto colector (Figura 2). La barrera de filtración del glomérulo (que comprende el endotelio fenestrado, la membrana basal glomerular, las apófisis del pie y los diafragmas hendidos de los podocitos) permite la filtración de plasma y pequeños solutos, al tiempo que retiene selectivamente proteínas como la albúmina y las inmunoglobulinas en la sangre (68, 69). Mientras tanto, el compartimento de reabsorción tubular es responsable del mantenimiento de la homeostasis del agua, la reabsorción de solutos (incluidos sodio, potasio, calcio, fósforo, magnesio, glucosa y muchos otros) y la excreción de ácido y otros desechos.

MiARN en el riñón en desarrollo

En estudios en ratones transgénicos condicionales, los miARN han surgido como reguladores críticos de la morfogénesis renal en múltiples linajes celulares. Los estudios iniciales que evaluaron el papel funcional de los miARN en el desarrollo renal utilizaron la eliminación condicional de Dicer (70) en diferentes linajes renales. Sin embargo, también se sabe que Dicer tiene funciones independientes de los miARN (71), lo que ha complicado la interpretación de estos modelos. La eliminación condicional de Dicer en el mesénquima metanéfrico temprano o en los progenitores de nefrona da como resultado un aumento de la apoptosis de los progenitores de nefrona, niveles elevados de la proteína proapoptótica Bim y el cese prematuro de la nefrogénesis (72–75) (Tabla 1). Curiosamente, la pérdida de expresión de Bim en progenitores de nefronas deficientes en Dicer disminuye la apoptosis y restaura parcialmente la formación de nefronas. Se identificaron dos miARN expresados ​​en progenitores de nefronas, miR-17 y miR-106, como supresores de la expresión de BIM (76). En conjunto, estos hallazgos indican que los miARN controlan el equilibrio entre la supervivencia y la apoptosis en los progenitores de nefronas para garantizar la formación de una cantidad correcta de nefronas durante la nefrogénesis.

Figura 2. Ilustración esquemática de las etapas del desarrollo del riñón metanéfrico. Las señales de la yema ureteral desencadenan la condensación del mesénquima metanéfrico para formar una capa de progenitores de nefrona (mesénquima de la capa) alrededor de las puntas de las yemas ureterales. El mesénquima de la tapa sufre una transición mesenquimal-epitelial para formar vesículas renales, que se desarrollan secuencialmente en cuerpos en forma de coma y de S. Estas estructuras se conectan al tallo de la yema ureteral, que da lugar al conducto colector. Las células del dominio proximal del cuerpo en forma de S se diferencian en células epiteliales especializadas del corpúsculo renal maduro (es decir, podocitos y células de la cápsula de Bowman), mientras que las células de las porciones media y distal se diferencian en segmentos tubulares de la nefrona (túbulos proximales). , asas de Henle y túbulos distales). Creado con BioRender.com.

La eliminación condicional de Dicer en el linaje de yemas ureterales da como resultado un espectro de anomalías que se parecen mucho a CAKUT, incluida la displasia renal y el desarrollo de quistes del conducto colector (73, 77, 78). La terminación prematura de la morfogénesis ramificada (en respuesta a la disminución de la expresión de Wnt11 y c-Ret de la yema ureteral) es probablemente el principal factor que contribuye a la displasia renal (73). El inicio de la formación de quistes ocurre alrededor de E15.5 y se asocia con defectos en la longitud de los cilios primarios, aumento de la muerte celular apoptótica y proliferación celular excesiva (73). Como Dicer tiene importantes funciones independientes de miARN en la célula, se ha utilizado la eliminación condicional de Dgcr8 para confirmar que los fenotipos observados en los modelos condicionales de eliminación de Dicer son de hecho el resultado de la pérdida de miARN. Los animales con deleción de Dgcr8 en la nefrona distal y derivados del conducto colector desarrollan hidronefrosis y quistes del conducto colector (79), un fenotipo similar a CAKUT que se asemeja a la pérdida de actividad de Dicer en el linaje de yemas ureterales.

Estudios de dos grupos independientes demostraron que la ablación de Dicer del linaje del estroma renal Foxd1+ y sus derivados produce un espectro de anomalías renales, con hallazgos consistentes con respecto a riñones hipoplásicos, número reducido de glomerulares, maduración glomerular anormal y defectos vasculares. modelado (80, 81). Aunque ambos grupos describieron fenotipos en gran medida concordantes utilizando modelos de ratón similares, se observaron dos diferencias distintas. Nakagawa et al. observaron una falta de médula y papila internas, así como una disminución de la zona nefrogénica (80). Por el contrario, Phua et al. mostraron una expansión de la población de progenitores de nefronas y papila renal preservada (81). Nakagawa et al. propuso que estos defectos están relacionados con la alteración de la señalización de la vía Wnt, lo que resulta en cambios en la migración y proliferación de las células estromales, debido a la regulación negativa de los miARN de las células estromales, miR-214, miR-199a{{7 }}p, y miR-199a-3p (80). El estudio de Phua et al. sugirieron que los cambios en los programas apoptóticos (incluida la expresión aumentada de los genes efectores Bim y p53) contribuyen a los defectos fenotípicos (81). Es concebible que las diferencias genéticas y/o la eficiencia de la recombinación mediada por Cre puedan ser responsables de las diferencias que describen estos estudios. Sin embargo, los fenotipos descritos son consistentes con las funciones multifacéticas conocidas del estroma renal en el desarrollo del riñón, y los mecanismos subyacentes a estos fenotipos probablemente sean complejos dada la naturaleza de una deleción de Dicer. Se necesitan más estudios que examinen miARN específicos en varias subpoblaciones estromales para definir mejor los mecanismos reguladores en juego.

Trabajos más recientes han abordado la cuestión de la función de miARN específicos tanto en el riñón en desarrollo como en los progenitores de nefrona. Utilizando un modelo de células madre embrionarias humanas, Bantounas et al. demostraron que la inhibición del grupo miR-199a~214 produce glomérulos dismórficos, túbulos proximales aberrantes, disminución de la expresión de WT1 y aumento de los capilares intersticiales en organoides similares a los riñones (82). Curiosamente, la eliminación global de miR-210 que responde a la hipoxia da como resultado un déficit de nefronas específico de los hombres (83). Por ejemplo, la eliminación condicional del grupo miR-17~92 en progenitores de nefronas y sus derivados en ratones altera la proliferación de células progenitoras y reduce el número de nefronas en desarrollo. Como resultado, los ratones mutantes desarrollan proteinuria, fibrosis renal y función renal alterada (84). Los niveles desregulados del gen diana miR-17~92, CFTR, están implicados en la proliferación defectuosa de células progenitoras y la reducción de la dotación de nefronas en este modelo de ratón (85).

La secuenciación de ARN pequeño (smRNA-Seq) se ha utilizado cada vez más para perfilar patrones de expresión de miARN y para el descubrimiento de nuevas especies de miARN. smRNA-Seq de células mesenquimales nefrogénicas E15.5 identificó 162 miRNA anotados que se expresan diferencialmente en esta población de células en comparación con riñones completos y 49 nuevas especies de miRNA (86). Curiosamente, los niveles de miARN de la familia miR-200 se redujeron significativamente en los progenitores de nefronas. Dado que los miembros de la familia miR-200 son reguladores clave de la transición mesenquimal-epitelial en el conducto colector (87), especulamos que su expresión podría estar estrechamente regulada para garantizar la diferenciación epitelial normal de los progenitores de nefrona durante el desarrollo del riñón.

Función de miARN en la nefrona madura.

Además de su necesidad durante el desarrollo renal, los miARN regulan numerosos procesos biológicos en los principales linajes celulares que forman la nefrona madura (69, 88–91). De acuerdo con esto, se ha descrito la expresión de miARN específica de segmento a lo largo de la nefrona, incluidos miR-143 y miR-195a en el glomérulo, miR-107 y miR{{7} }a en el túbulo proximal, miR-193 y miR-378a en la rama ascendente gruesa, miR-874 y miR-155 en el túbulo contorneado distal, y miR{{ 12}}c en el conducto colector (87). Además, los estudios funcionales en compartimentos de la nefrona madura respaldan distintas funciones para los miARN.

Los ratones que carecen de Dicer o Drosha en los podocitos presentan proteinuria marcada, glomeruloesclerosis y progresión rápida a insuficiencia renal, secundaria a la alteración de la barrera de filtración glomerular (90-93). Los análisis in silico revelaron que varias transcripciones reguladas positivamente en glomérulos mutantes contienen secuencias objetivo para miembros de la familia miR-30. Como los cuatro miembros de la familia miR-30 (miR-30c-1, miR-30b, miR-30d y miR-30c{ {9}}) normalmente se expresan altamente en los podocitos, estos miARN pueden ser responsables de las anomalías de los podocitos y la alteración de la barrera de filtración glomerular en ratones mutantes (91).

De manera algo sorprendente, la eliminación de Dicer de los túbulos proximales posnatales de los mamíferos no afecta el desarrollo, la histología o la función del riñón, pero sí protege contra la lesión por isquemia/reperfusión renal. Los ratones mutantes exhiben una mejor función renal, una menor lesión renal, una menor apoptosis tubular y una mejor supervivencia en comparación con sus compañeros de camada WT (94). Esto probablemente refleja la "suma" del efecto de la eliminación de múltiples miARN en el túbulo proximal, ya que desde entonces otros trabajos han demostrado que la expresión de miARN específicos es protectora en la lesión por isquemia/reperfusión renal (p. ej., miR-16 y miR-21; referencias 95, 96); mientras que otros son perjudiciales (por ejemplo, miR-182; ref. 97).

Aunque los miARN parecen ser prescindibles para la función del túbulo proximal, son esenciales para las nefronas distales y la homeostasis del conducto colector (79, 88, 98). La inactivación específica del conducto colector de Dicer y otros genes críticos asociados a la biogénesis de miARN (incluidos Dgcr8, Ago1, 2, 3 y 4) causa insuficiencia renal en ratones adultos debido a la fibrosis tubulointersticial progresiva y la inflamación intersticial (88). Esto está precedido por una transición epitelial-mesenquimatosa (EMT) parcial de las células del conducto colector y una regulación negativa de los miembros de la familia miR-200, que inhiben la EMT (88). Del mismo modo, la ablación de Dicer o Dgcr8 de la nefrona distal y los derivados de la yema ureteral, respectivamente, produce anomalías renales e insuficiencia renal (78, 98), que en última instancia se asocian con la regulación negativa de los miembros de la familia miR-200 (98). El aumento de la expresión del gen diana Pkd1 de miR-200 en estos ratones mutantes altera la tubulogénesis y produce estructuras similares a quistes (98). Estas diferencias en el requisito de miARN funcionales en los túbulos proximales y la nefrona distal/conducto colector podrían explicarse por la distribución segmentaria de los miARN a lo largo de la nefrona y el conducto colector en los riñones WT (88).

La eliminación de Dicer en las células secretoras de renina en el aparato yuxtaglomerular produce un déficit de células yuxtaglomerulares, niveles reducidos de renina circulante con la consiguiente reducción de la presión arterial, función renal reducida, patrón rayado de fibrosis intersticial y anomalías vasculares (89). La reducción de las células yuxtaglomerulares sugiere un requisito de miARN maduros para el mantenimiento de su fenotipo. Posteriormente, miR-330 y miR-125b-5p se identificaron como candidatos potenciales que inhiben o promueven, respectivamente, el fenotipo del músculo liso de las células yuxtaglomerulares (99).

Otras áreas activas de investigación sobre los miARN en la lesión renal aguda (8-10), la poliquistosis renal (11) y el trasplante de riñón (10) se han abordado de manera integral en otras revisiones recientes.

MiARN en enfermedades renales pediátricas En esta sección, brindamos una descripción general del papel de los miARN en las enfermedades renales del desarrollo, incluidos los tumores CAKUT y Wilms. Los CAKUT se encuentran entre las formas más frecuentes de malformaciones al nacer y afectan aproximadamente a entre 3 y 7 de cada 1.000 nacidos vivos (100). La alteración del desarrollo del riñón y del tracto urinario inferior conduce a un amplio espectro de manifestaciones clínicas observadas en CAKUT, que incluyen anomalías renales (es decir, agenesia renal, hipoplasia y displasia renal y riñones displásicos multiquísticos), anomalías ureteropélvicas (es decir, obstrucción de la unión ureteropélvica), sistema colector dúplex y anomalías de la vejiga y la uretra (101-103). Esta heterogeneidad fenotípica probablemente se deba a interacciones complejas entre factores ambientales genéticos, epigenéticos y/o prenatales que afectan el desarrollo del riñón y del tracto urinario inferior, lo que resulta en CAKUT (101). La mayor parte de nuestro conocimiento actual sobre la patogénesis de CAKUT ha surgido de modelos de ratón y formas sindrómicas de CAKUT. Estos estudios han llevado a la identificación de varios genes CAKUT, muchos de los cuales están implicados en el desarrollo temprano del riñón, incluidos PAX2, SALL1, HNF1B, EYA1, GATA3, RET, WNT4, GDNF, SIX1, SIX2 y otros (101, 104, 105). Sin embargo, las mutaciones únicas o las variantes del número de copias en los genes que codifican proteínas no explican la mayoría de los casos de CAKUT (~80%) (101, 106).

Como se mencionó anteriormente, el agotamiento de los miARN maduros de diferentes linajes celulares del riñón en desarrollo en modelos de ratón produce anomalías renales que imitan el CAKUT humano (73, 74, 78, 79). Además, las eliminaciones de la línea germinal de MIR17HG, que codifica el grupo miR-17~92, causan el síndrome de Feingold tipo 2 en humanos (107). Aunque el fenotipo renal en pacientes con síndrome de Feingold tipo 2 con mutaciones MIR17HG aún no está definido, se ha informado una incidencia del 18 % de CAKUT en casos de síndrome de Feingold asociado con mutaciones MYCN (108, 109). En conjunto, estas observaciones sugieren que las mutaciones en los miARN expresados ​​durante el desarrollo renal podrían causar CAKUT en humanos, particularmente porque muchos miARN están altamente conservados entre ratones y humanos.

Para probar esta hipótesis, un estudio investigó a 1248 pacientes con CAKUT no sindrómico de 980 familias y buscó mutaciones en 96 regiones de asa de 73 genes de miARN del desarrollo renal (106). Dentro de esta cohorte, se identificaron 31 individuos con 17 variantes diferentes de un solo nucleótido que afectan a 16 genes de miARN diferentes. Entre ellas, se descubrió que dos nuevas variantes de miARN eran potencialmente patógenas. MIR19B1 (un miembro del grupo miR-17~92) se asoció con la presencia de agenesia renal derecha, y MIR99A se asoció con reflujo vesicoureteral severo y ptosis renal. Este número sorprendentemente bajo de variantes patogénicas candidatas se debe en parte a las limitaciones de este estudio, ya que el análisis solo tuvo en cuenta mutaciones en genes de miARN que se incluyeron en el enfoque del gen candidato y no detectó variaciones en el número de copias ni grandes reordenamientos del ADN (106). .

En un enfoque alternativo, se analizaron segmentos de uréter de pacientes con una variedad de CAKUT para determinar la expresión diferencial de la transcripción mediante microarrays, la presencia de objetivos de miARN predichos bioinformáticamente y miARN maduros mediante qPCR (110). Utilizando este enfoque múltiple, se identificaron siete miARN con funciones potenciales en CAKUT y, entre ellos, has-miR-144 aumentó significativamente en pacientes con CAKUT. El análisis de ontología genética indicó que los genes diana has-miR-144 previstos contribuyen a los procesos biológicos implicados en el desarrollo de CAKUT, incluido el desarrollo del tubo (22 genes diana), el desarrollo del sistema urogenital (18 genes diana) y el desarrollo de los riñones (14 genes diana). y desarrollo de órganos embrionarios (18 genes diana) (110).

Se necesitan más estudios para definir los mecanismos moleculares subyacentes a las funciones patogénicas de los miARN en CAKUT. Los hallazgos de dichos estudios serán fundamentales para mejorar la atención de los pacientes con CAKUT y prevenir su progresión a ERC, brindar asesoramiento genético adecuado a los pacientes y sus familias y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.