Mecanismos moleculares de regulación de los progenitores renales: ¿cuántas piezas hay en el rompecabezas?
Feb 24, 2022
Resumen: Riñonesde ratones, ratas y humanos poseen progenitores que mantienen la homeostasis diaria y participan en procesos regenerativos endógenos después de una lesión, debido a su capacidad para proliferar y diferenciarse. En los compartimentos glomerular y tubular de la nefrona, estudios consistentes demostraron que poblaciones distintas y bien caracterizadas de células progenitoras, localizadas en el epitelio parietal de la cápsula de Bowman y dispersas en los túbulos proximal y distal, podrían generar células específicas de segmento en condiciones fisiológicas. y después de una lesión tisular. Sin embargo, las respuestas regenerativas defectuosas o anormales de estos progenitores pueden contribuir a condiciones patológicas. Las características moleculares derenalLos progenitores se han estudiado ampliamente, revelando que numerosas vías clásicas y conservadas evolutivamente, como Notch o Wnt/-catenina, juegan un papel importante en la regulación celular. Otros, como el ácido retinoico, el sistema renina-angiotensina-aldosterona, TLR2 (Toll-like receptor 2) y la leptina, también son importantes en este proceso. En esta revisión, resumimos la plétora de mecanismos moleculares que dirigenrenalrespuestas progenitoras durante la homeostasis y despuéslesión renal.Finalmente, exploraremos cómo la secuenciación de ARN de una sola célula podría traer la caracterización derenalprogenitores al siguiente nivel, mientras que conocer su firma molecular está ganando relevancia en la clínica.
Palabras clave:progenitores renales; mecanismos moleculares; lesión renal; secuenciación de ARN de una sola célula; firma molecular
LA CITANCHE MEJORARÁ LA ENFERMEDAD RENAL/RENAL
Introducción Se han propuesto mecanismos de regeneración y reparación endógena para varios órganos de mamíferos [1]. Los órganos regenerativos clásicos, como el tracto gastrointestinal y la piel, se han estudiado ampliamente a lo largo de los años y han sacado a la luz el papel principal de los progenitores endógenos [2]. En el intestino, las células madre intestinales mantienen la homeostasis diaria, mientras que distintas células madre/progenitoras están a cargo de los procesos de reparación rápida después de una lesión [2]. Del mismo modo, las células madre epidérmicas forman un conjunto heterogéneo de células madre que participan en la homeostasis epidérmica, así como en la reparación de tejidos, después de una herida [3]. el adultoriñónes un órgano con un recambio celular bajo y dotado de progenitores capaces de proliferar y diferenciarse [4,5]. Esta valiosa propiedad permite a los investigadores y médicos contemplar nuevas vías terapéuticas para restaurarFunción del riñóndespués de la lesión Aquí, proponemos una visión general de los mecanismos moleculares que tienen lugar en glomerular y tubularrenalprogenitores en condiciones fisiológicas y patológicas (Figura 1) y de cómo una desregulación de estas vías podría estar en el origen deenfermedad del riñon. También examinaremos cómorenallos progenitores podrían caracterizarse aún más mediante la tecnología de secuenciación de ARN de células individuales (scRNAseq) y la relevancia clínica de la firma molecular de estas células.
Progenitores renales
Los progenitores renales fueron descubiertos por Sagrinati et al. en humanosriñones, basado en la expresión de los marcadores de células madre CD133 y CD24, en ausencia o baja expresión de marcadores de diferenciación [6,7]. Las células CD133 plus CD24 plus están localizadas en el polo urinario de la cápsula de Bowman, así como dispersas a lo largo del compartimento tubular de la nefrona entre células tubulares diferenciadas [6]. AlgunorenalLos progenitores, incluidos los localizados en la cápsula de Bowman y un subconjunto de los dispersos a lo largo del túbulo, también expresan CD106 (también llamada molécula de adhesión de células vasculares 1, VCAM1), mientras que la mayoría de los progenitores localizados a lo largo del túbulo no lo hacen [6, 8]. Estas diferencias fenotípicas reflejan una capacidad funcional diversa; de hecho, las células CD133 más CD24 más CD106- dispersas a lo largo de los túbulos muestran características funcionales de los progenitores tubulares, mientras que las células CD133 más CD24 más CD106 más las células epiteliales parietales (PEC) son multipotentes [6]. Además, un subconjunto de CD1 33 más CD24 más CD1 06 más progenitores localizados cerca del polo distal de la cápsula de Bowman y que expresan podocalyxin es capaz de generar solo podocitos [6]. En conjunto, estas observaciones configuran un linaje jerárquico derenalprogenitores dentro delriñónque recuerda al sistema hemopoyético [9]. También se identificaron PEC con características de progenitores similares y localización anatómica en ratones y ratas.riñones[4,10,11]. El marcado genético de las PEC en una línea de ratones inducibles transgénicos demostró que las PEC migran al penacho glomerular y se diferencian en podocitos en ratones adolescentes [11]. M á s re cientemente, Pax2 ha sido ident ificado como un marcador para el ratónrenalprogenitores, y la creación de un modelo de ratón inducible para el rastreo del linaje de la población celular Pax2 plus permitió demostrar la diferenciación derenalprogenitores localizados entre PECs en podocitos durante el crecimiento glomerular postnatal [4]. Otros estudios demostraron que los glomérulos yuxtamedulares y corticol tienen diferentes números de progenitores Pax2 plus, con los corticales dotados con el doble de progenitores Pax2 plus pee glomerular podocitos en condiciones saludables [12]. En rata adultariñones, se han descrito células inmaduras que expresan la molécula de adhesión de células neurales (NCAM) y el marcador de células progenitoras CD24 entre las células epiteliales que recubren la cápsula Bowman de rata [10].
El marcado genético de Pax2 plus progenitores de la cápsula Bowman de ratones permitió demostrar que estos progenitores se diferencian en podocitos en modelos de glomeruloesclerosis focal y segmentaria (GEFS), y su respuesta a la lesión determina el desenlace de los trastornos glomerulares, corroborando aún más su papel como podocitos. progenitores [4,12]. Recientemente, utilizando un modelo de ratón transgénico en el que los podocitos se marcaron con GFP (proteína fluorescente verde) y las PEC se marcaron simultáneamente con tdTomato, Kaverina y sus colegas también proporcionaron pruebas sólidas de que las PEC sirven como fuente de nuevos podocitos en ratones adultos tras una lesión. Estas células co-expresaron las dos etiquetas fluorescentes, adquirieron marcadores de podocitos y mostraron los procesos del pie primario, secundario y terciario [13]. Una respuesta anómala del progenitor a la lesión también puede contribuir a los trastornos glomerulares [4,10,14,15]. De hecho, en ciertas condiciones, en humanos, ratones y ratas, se ha demostrado que una migración y proliferación caóticas de las células progenitoras de la cápsula de Bowman contribuyen a la formación de medias lunas y la cicatrización glomerular [4,10,14]. Estudios en humanosrenalLas biopsias son consistentes con el concepto de que los progenitores proliferantes generan lesiones hiperplásicas en la glomerulopatía colapsante y en semilunas [14], y se han obtenido resultados similares en ratas [10]. En ratones, el rastreo del linaje de los PEC demostró que su proliferación conduce a un marcado aumento en el número de células dentro de las medias lunas de nefritis sérica nefrotóxica murina y glomerulopatía colapsante [16] y la formación de lesiones escleróticas y depósito de matriz extracelular en GEFS [15]. Más recientemente, el seguimiento genético específico de los progenitores entre los PEC demostró su participación en la generación de lesiones glomerulares hiperplásicas que podrían concebirse como una falla en la regeneración de podocitos después de una lesión [4]. De todos estos estudios, ahora está claro querenallos progenitores localizados entre los PEC responden a la lesión de los podocitos, desencadenando un programa regenerativo, pero una respuesta ineficiente o excesiva puede llevar a que un tejido funcional se convierta en un tejido similar a una cicatriz compuesto por células y matriz extracelular desorganizada. Por tanto, conocer los mecanismos que impulsan una correcta respuesta proliferativa y diferenciativa derenalprogenitores durante la homeostasis y después de la lesión es de crucial importancia y puede permitir la identificación de supuestos moduladores para impulsar el potencial regenerativo derenalprogenitores
Reguladores de la fisiología del progenitor glomerular: cuando la orquesta afina la melodía
¿Qué vías de señalización regulan la quiescencia, proliferación y diferenciación de los progenitores glomerulares hacia los podocitos en personas sanas?riñones? Los estudios sobre nefrogénesis demostraron que la activación de la señalización de -catenina/Wnt representa un paso fundamental que impulsa la diferenciación de PEC en podocitos durante el desarrollo [17,18]. De hecho, la eliminación de Ctnnb1 (-catenina 1) en PEC en un ratón knockout condicional en la última etapa del cuerpo en forma de S indujo anomalías glomerulares y el reemplazo de PEC en cápsulas Bowman con podocitos bien diferenciados. El seguimiento de la nefrogénesis en ratones embrionarios condicionales con inactivación de catenina reveló que estos "podocitos parietales" derivaban de células precursoras en la capa parietal del cuerpo en forma de S mediante un cambio de linaje directo. Estos hallazgos demuestran que la señalización de -catenina/Wnt es necesaria para la adecuada diferenciación y maduración de las PEC en podocitos [17]. WT1, un regulador maestro de este proceso [19], también es un potente inhibidor de la vía de señalización de -catenina/Wnt [18]. Los estudios realizados en PEC quiescentes demostraron que la expresión de WT1 es suprimida por altos niveles de Pax2 y por la expresión de altos niveles de microARN-193a (miR-193a) [20]. Cuando los PEC regulan negativamente la expresión de miR-193a, esto permite la regulación positiva de WT1, que suprime la señalización de -catenina/Wnt e induce la diferenciación de PEC en podocitos. Resultados in vitro recientes demostraron que la apolipoproteína L1 (APOL1) también regula el fenotipo molecular PEC a través de la modulación de la expresión de miR193a y que APOL1 y miR193a comparten una relación de retroalimentación recíproca [21]. De hecho, en un sistema de cultivo, la diferenciación de PEC en podocitos estuvo acompañada por una disminución en la expresión de miR-193a. De manera similar, la supresión de miR-193a mejoró la expresión de APOL1 [21]. Los trabajos futuros deben abordar si este eje APOL1-miR-193a funciona de manera similar in vivo e in vitro en modelos de ratones transgénicos relevantes y en humanos.riñones. Curiosamente, APOL1 es un gen de susceptibilidad, con variantes genéticas que aumentan la probabilidad de desarrollar podocitopatías [22].
El control de la decisión del destino celular y la proliferación celular en muchos sistemas diferentes se realiza a través de la señalización integrada de las vías de señalización Wnt y Notch [23]. Lasagni et al. informó que, enrenalprogenitores localizados en la cápsula de Bowman, la activación de Notch promueve la entrada en la fase S del ciclo celular y la mitosis posterior hasta que se encuentran en un estado indiferenciado [24]. Sin embargo, la alteración de la regulación a la baja de la vía Notch duranterenalla diferenciación de progenitores indujo la generación de podocitos con contenido anormal de ADN y su posterior muerte por catástrofe mitótica [24,25]. Resultados recientes sugieren que el CXCL12 derivado de podocitos (ligando de quimiocinas con motivo CXC 12) inhibe la señalización de Notch, manteniendo así la inactividad de los progenitores de podocitos [12]. La regulación a la baja de Notch se asocia con la regulación al alza de los inhibidores del ciclo celular p21, p27 y p57 y la regulación a la baja de la ciclina D1 [24], lo que confiere al podocito las características de una célula posmitótica, no proliferativa. El mecanismo de retroalimentación podocitario-progenitor renal mediado por CXCL12-también limita la regeneración podocitaria después de una lesión glomerular [12]. De hecho, usando el rastreo de linaje de Pax2 plusrenalprogenitores en ratones con nefropatía inducida por adriamicina, los investigadores demostraron que un bloqueo de CXCL12 promueve la formación de novo de podocitos y atenúa la glomeruloesclerosis [12].
CISTANCHE MEJORARÁ LA FUNCIÓN RENAL/RENAL
como la mejora derenalla diferenciación de progenitores en podocitos puede representar una estrategia terapéutica atractiva para promover la remisión de los trastornos glomerulares, se han realizado varios estudios para identificar compuestos diferenciadores. Los ácidos retinoicos (AR) son derivados de la vitamina A con beneficios establecidos en el tratamiento de una variedad de cánceres [26]. También se ha demostrado que la AR protege contralesión renalen múltiples modelos experimentales deenfermedad del riñon,incluida la enfermedad de cambios mínimos, la nefropatía membranosa, la GEFS, la nefropatía asociada al virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) (HIVAN) y la nefritis lúpica [27]. Numerosos estudios han subrayado el papel de la AR en la diferenciación de podocitos in vitro [28,29], y utilizamos AR en los medios de cultivo celular para promoverrenaldiferenciación de progenitores hacia el linaje de podocitos [7]. Curiosamente, la exposición a la albúmina, que se une a la AR con gran afinidad, durante los cultivos in vitro podría inhibirrenaldiferenciación de progenitores hacia podocitos mediante el secuestro de RA. In vivo, informamos que los AR se liberaron dentro del espacio de Bowman después de la lesión glomerular y la detención de la síntesis de AR endógeno en un modelo de glomeruloesclerosis focal y segmentaria empeoró la albuminuria, la lesión glomerular y la mortalidad [30]. La administración exógena de AR, neutralizando la actividad secuestrante de la albúmina, permitió la respuesta regenerativa derenalprogenitores, estableciéndose un aumento del número de podocitos y la mejora defunción renal[30]. Resultados recientes de Lasagni et al. [4] corroboró la hipótesis de que los enfoques farmacológicos que aumentan la capacidad de respuesta de los podocitos a la señalización de la AR mitigarían la progresión de la enfermedad experimental.lesión renal. De hecho, el tratamiento in vitro derenalprogenitores con AR en presencia de 6-bromo-indirrubina-30 -oxima (BIO), un inhibidor de la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3), indujo una fuerte diferenciación de humanosrenalprogenitores hacia los podocitos a través de la activación de la actividad transcripcional de los elementos sensibles a RA (RARE), es decir, aumentando la sensibilidad del progenitor renal a los efectos diferenciadores de la AR endógena. La mejora de la diferenciación de los progenitores renales en podocitos mediante el uso de BIO en un modelo murino de GEFS tuvo un efecto importante sobre la enfermedad, aumentando la remisión de la enfermedad en los ratones tratados. En un modelo de ratón en etapa progresiva de diabetes tipo 2 relacionada con la obesidad, BIO como complemento de la inhibición dual del sistema renina-angiotensina (RAS)/transportador de sodio-glucosa (SGLT)-2 con metformina, ramipril y empagliflozina atenuaron la disminución de la tasa de filtración glomerular (TFG) al reducir aún más la glomeruloesclerosis, aumentar el número de podocitos mediante el mantenimiento de la especialización, así como inducir la diferenciación de novo de los progenitores de los podocitos y mejorar la densidad de la ranura de filtración [31].
Endlich et al. demostró el papel de Dach1 (homólogo 1 de Dachshund) en la determinación del destino celular de PEC en podocitos y para la función adecuada de los podocitos. Los podocitos expresan altos niveles de Dach1 in vivo e in vitro, mientras que los PEC expresan niveles muy bajos de Dach1. Los autores encontraron que la inducción de la expresión de Dach1 en PEC aumenta significativamente las proteínas sinaptopodina y WT1 específicas de los podocitos. Curiosamente, Dach1 es parte de la red reguladora Eya-Six-Hox-Pax, y la regulación de la expresión de sinaptopodina estuvo acompañada por una regulación negativa concomitante de la expresión de Pax2 [32].
Guhr et al. analizado por qué mecanismosrenalLos progenitores mantienen el potencial de expresar proteínas de podocitos en condiciones fisiopatológicas y demostraron que contienen un sistema de ubiquitina-proteasoma (UPS) activado que conduce a la rápida degradación de proteínas específicas de podocitos recién sintetizadas [33]. Por otro lado, el UPS mantiene la identidad de los podocitos al regular los niveles de proteínas específicas de los podocitos, como las proteínas de unión a actina -actinina 4 (ACTN4) y sinaptopodina (SYNPO), el factor de transcripción Wilms tumor 1 (WT1), el miembro de la familia de la estomatina podocina, la proteína del diafragma de hendidura nefrina, la proteína adaptadora NCK1 y la proteína quinasa Cλ activada (PKCλ) [33]. Por lo tanto, la actividad de UPS es un determinante importante de los fenotipos de células glomerulares y el estado de diferenciación.Es bien sabido que, en elriñón,el entorno mecánico está sujeto a modificaciones en modelos establecidos de enfermedades glomerulares y puede afectar el estado diferenciado de numerosos tipos de células, incluidos los podocitos [34]. Recientemente analizamos el impacto de la rigidez del sustrato enrenalcomportamiento progenitor, lo que demuestra que, al menos in vitro, el fenotipo de humanorenalprogenitores depende en gran medida del módulo de Young del sustrato, que es una medida de la rigidez del material definida como la relación entre la tensión y la deformación, con sustratos más rígidos que promueven la proliferación y migración de progenitores renales. La rigidez del sustrato modula también la capacidad derenalprogenitores para diferenciarse hacia podocitos, siendo óptimo entre los analizados un módulo de Young de 12 kPa. Usando inhibidores químicos y genéticos, demostramos que la actividad de la quinasa Rho (ROCK) es necesaria para mediar los efectos de la rigidez enrenalproliferación, migración y diferenciación de progenitores [35]. Una rigidez glomerular reducida es una característica común de muchas formas de lesión glomerular, incluida la GEFS [34,36], lo que sugiere un papel importante para ROCK también enenfermedad del riñon.
Los inhibidores del sistema renina angiotensina aldosterona (SRAA-I) son fármacos eficaces para retardar la progresión de laenfermedad del riñona través de una variedad de acciones. Los mecanismos responsables de los efectos terapéuticos de estos fármacos, así como surenalobjetivos celulares, se han estudiado en gran medida en varios modelos animales de humanosenfermedad del riñon. Datos recientes demostraron que también podrían ejercer sus efectos beneficiosos al promoverrenaldiferenciación de progenitores en podocitos. De hecho, en un modelo de lesión glomerular en ratas, un tratamiento con ACE-I indujo una reducción de la proliferación de progenitores, la disminución de la formación de medias lunas y evitó la progresión hacia la glomeruloesclerosis [10]. Por lo tanto, la moderación de la activación de las células progenitoras por parte de los fármacos restauró una arquitectura glomerular normal [10]. Curiosamente, la expresión del receptor de angiotensina (Ang) II, AT1, se limitó a CD24 raro más PEC en humanos normales.riñonespero se reguló positivamente en las lesiones hiperplásicas [37], lo que sugiere una contribución de la vía del receptor Ang II/AT1 en la promoción de anormalesrenalmigración de progenitores y proliferación en enfermedades proliferativas [37]. De acuerdo, en un paciente afectado por CGN (glomerulonefritis semilunar), la terapia con ACE-I se asoció con la regresión de las lesiones hiperplásicas y normalizó la expresión del receptor AT1 enrenalprogenitores Estos resultados proporcionan otra explicación a los efectos beneficiosos observados después del tratamiento con bloqueadores de los receptores de angiotensina II (ARB). De manera similar, el tratamiento con ARB mejoró el resultado en un modelo de glomerulonefritis proliferativa mesangial en ratas, lo que indujo un aumento en el número de PEC que expresan marcadores de células madre [38].
Las lesiones de los podocitos se consideran un contribuyente importante a la diabetes.enfermedad del riñonprogresión hacia la etapa finalenfermedad del riñon[39–41]. Suganami et al. informó sobre la prevención y reversión delesión renalpor la administración de leptina en modelos animales de nefropatía diabética [39]. Más recientemente, Pichaiwong et al. demostraron que reemplazar la leptina podría revertir los parámetros estructurales y funcionales de la nefropatía diabética avanzada en ratones BTBR ob/ob con deficiencia de leptina [41]. En particular, el tratamiento con leptina, pero no con RAAS-I, resultó en un aumento significativo en la densidad y el número de podocitos y en un aumento de PEC proliferante WT1-positivo. Los mecanismos que subyacen a este proceso se describieron con más detalle en un artículo de seguimiento, donde demostraron que un tratamiento dual de ratones ob/ob con deficiencia de leptina con un antagonista selectivo del receptor de endotelina-1 tipo A (ETAR) en combinación con la inhibición de RAAS condujo a un fenotipo mejorado [40], caracterizado por la activación de PEC y un mayor número de podocitos. Estos resultados proporcionan una evidencia indirecta de que las PEC pueden ser un reservorio potencial para restaurar los podocitos perdidos y que la capacidad diferenciadora de las PEC puede ser un elemento clave para la regresión de la nefropatía diabética que puede ser modulada farmacológicamente.
Reguladores de progenitores glomerulares en patología: cuando la orquesta desafinaTiemporenallos progenitores pueden impulsar la regeneración de podocitos después de una lesión [4], también pueden originar lesiones proliferativas extracapilares o semilunas que son el sello distintivo de enfermedades glomerulares tanto inflamatorias como no inflamatorias [42]. De hecho, la evidencia en modelos experimentales [15] y en biopsias humanas indican que las medias lunas están compuestas derenalprogenitores [14] que cambian anormalmente sus reacciones de reparadoras a dañinas. No se entiende completamente qué factores son los responsables de inclinar la balanza. La GNC es la enfermedad mejor caracterizada en la querenallos progenitores son los principales culpables. La media luna celular es el cambio morfológico típico observado en CGN. Se define como las acumulaciones multicapa derenalprogenitores y otros tipos de células dentro del espacio de Bowman. En consecuencia, ocluye la salida urinaria y el flujo de la orina primaria y, más tarde, la nefrona implicada se ve afectada. La ruptura de los capilares glomerulares en la enfermedad semilunar conduce a la exposición derenal progenitores a una alta concentración de plasma que aumenta dramáticamente la proliferación de humanosrenalprogenitores en la cultura [43]. Varios componentes del plasma pueden explicar la formación de la media luna, pero, actualmente, hay datos consistentes solo para la activación del fifibrinógeno, un miembro de la cascada de coagulación activada durante las lesiones vasculares. La falta de fibrinógeno o fifibrinólisis impide la formación de medias lunas en varios modelos de roedores [43,44].
La nefropatía colapsante y las seudolunas también se originan enrenalprogenitores [14]. A diferencia de las medias lunas, se propuso que las pseudomedias lunas se originan a partir derenalprogenitores como una respuesta desregulada al desprendimiento masivo y rápido de podocitos que ocurre en ciertas condiciones de lesión directa de los podocitos (como la exposición a ciertos medicamentos, trastornos inmunomediados o infecciones que atacan directamente al podocito) que ocurre en ausencia de componentes inflamatorios y que conduce a colapso capilar [22,45]. Estas lesiones también se observan con frecuencia en glomerulopatías virales, como la nefropatía por VIH y parvovirus [22]. En estas glomerulopatías virales, el interferón (IFN-)- y el IFN- no solo desencadenan la inflamación local dentro del glomérulo, sino que también actúan sobre las PEC y los podocitos, con IFN- inhibiendo la migración de las PEC y suprimiendo ambas.renaldiferenciación de progenitores en podocitos in vitro [46]. In vivo, en un modelo de nefropatía por adriamicina, la inyección de IFN o IFN agravaba la proteinuria y la glomeruloesclerosis [46]. Recientemente, se ha descrito el colapso de la GEFS en pacientes de ascendencia africana reciente con genotipo APOL1 de alto riesgo e infectados con el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) [47,48]. Se ha propuesto que el SARS-CoV-2 podría infectar directamente al podocito [49] y/o desencadenar una cascada inflamatoria que implica la activación de la vía interferón-quimiocina, que, a su vez, interactúa con la variante del gen APOL1 [ 50]. Como se indicó anteriormente,renalla diferenciación de progenitores en podocitos se asocia con la expresión de APOL1 y, por lo tanto, podría estar involucrada en la nefropatía asociada a la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19).
Varios estudios recientes destacaron un papel crítico para la expresión de novo de CD9 y, posteriormente, de CD44 como un cambio patogénico de PEC de un fenotipo inactivo a uno activado en CGN y en FSGS [16,51,52], confirmando el papel patogénico de PEC en estas enfermedades y ofreciendo nuevos objetivos moleculares para la terapia de enfermedades glomerulares. En apoyo de esta idea, Kaverina et al. demostraron que las PEC pierden la expresión de CD44 cuando se diferencian en podocitos en glomérulos lesionados de ratones viejos, lo que sugiere que un aumento de CD44 en las PEC no representa una transición regenerativa sino patológica [53]. En FSGS, se ha demostrado que CD44 tiene un papel importante en la migración celular hacia la barrera de filtración lesionada, donde los podocitos lesionados regulan al alza el factor inhibidor de la migración (MIF) y el factor 1 derivado de células estromales (SDF1) que estimulan la expresión de CD44 y CD{{12} }migración mediada [54]. Además, las PEC produjeron isoformas de proteína de matriz extracelular específicas de podocitos y derivadas de PEC de una manera dependiente de CD44- [55]. Finalmente, un estudio de rastreo de linaje de PEC sugirió que CD44 no participó enriñónregeneración a través de la diferenciación en podocitos y solo participó en una vía pro-fifibrótica [56].
Progenitores tubulares
Renallos progenitores de la capa epitelial parietal de la cápsula de Bowman pueden potencialmente regenerar células epiteliales tubulares proximales en la unión glomerulotubular [57]. Sin embargo, los progenitores comprometidos en los túbulos dispersos en los túbulos proximales y distales también existen en humanos [6,58–60] y en ratones [5,61–63] y aumentan con la lesión tubular en pacientes afectados con daño tubular agudo o crónico [6 ]. Kumar et al. realizó el rastreo del linaje de células raras que expresan Sox9-en el túbulo proximal y las identificó como una población progenitora tubular putativa involucrada enlesión renal(IRA) recuperación [64]. Sox9 es un factor de transcripción que, enriñóndesarrollo, controla la ramificación epitelial y se expresa dentro de los precursores de nefronas [64,65]. Curiosamente, cuando Sox9 fue eliminado de los segmentos S1 y S2, una recuperación más lenta de la fisiológicafunciones renales, aumento de la lesión tubular, así como aumentorenalse produjo fifibrosis [64]. Después de la nefrectomía parcial, las células Sox9 plus proliferan y generan células epiteliales del túbulo proximal, el asa de Henle, el túbulo distal, el túbulo colector y la capa parietal del glomérulo [66]. Recientemente, Lazzeri et al. proporcionó evidencia de que los progenitores tubulares experimentan mitosis y reemplazan aproximadamente la mitad de las células tubulares perdidas irreversiblemente durante la LRA [5]. Al realizar el rastreo del linaje de las células Pax2 plus en un modelo de ratón con lesión tubular, identificaron progenitores tubulares como una subpoblación de células tubulares distinta que era resistente a la muerte y mostraba una alta actividad clonogénica, lo que conducía a la generación de segmentos de túbulos largos [5].
Reguladores de la fisiología del progenitor tubular: un coro polifónico
Humanorenallos progenitores expresan la región de inserción 1 del linfoma B Mo-MLV (virus de la leucemia murina de Moloney) (Bmi-1) [57]. Bmi-1 es un miembro de la familia Polycomb de represores transcripcionales. Participa en la regulación del ciclo celular y la senescencia de las células madre endógenas de varios órganos, como la próstata, el intestino delgado y los pulmones [67–70]. En elriñones, los niveles de IMC-1 aumentaron rápidamente después de la lesión en un modelo de ratón con LRA [71]. Estos hallazgos apuntan hacia la participación de Bmi-1 expresado en progenitores tubulares enrenalregeneración. De hecho, Lv et al. demostraron que la necrosis tubular aguda condujo a un aumento de Bmi-1 y la posterior movilización de progenitores tubulares en ratones de tipo salvaje, mientras que los progenitores tubulares no se movilizaron en ratones knockout para Bmi-1 [72]. Los ratones knockout Bmi-1 mostraron una fuerterenalfenotipo, incluyendo fifibrosis intersticial, atrofia tubular y severarenaldisfunción, con disminución de la proliferación celular, aumento de la apoptosis celular y senescencia e infifiltración celular inflamatoria [72,73]. En un estudio reciente, Zhou et al. aclaró aún más el papel de Bmi-1 enrenalprogenitores, mostrando que Bmi-1 preservó la auto-renovación y la esencia derenalprogenitores al mantener el equilibrio redox y prevenir la detención del ciclo celular, a través de la inhibición de las especies reactivas de oxígeno (ROS), p16 y p53 [74].
Otra molécula importante involucrada en la regulación del progenitor tubular es el receptor tipo Toll 2 (TLR2), o CD282, una proteína de membrana conservada evolutivamente que juega un papel importante en el reconocimiento de patógenos y la activación de la inmunidad innata. TLR2 actúa como un sensor de daño tisular a través de la detección de moléculas de patrones moleculares asociadas al daño (DAMP) liberadas por los tejidos dañados. La activación de TLR2 conduce a la activación de factores de transcripción aguas abajo que regulan la expresión de genes de supervivencia o citocinas y quimiocinas proinflamatorias [75–77]. Salustio et al. demostraron que los progenitores tubulares expresan TLR2, cuya estimulación por agonistas que imitan a los mediadores inflamatorios o DAMP induce la secreción masiva de proteína quimioatrayente de monocitos-1 (MCP-1), interleucina 6 (IL-6), la interleucina 8 (IL-8) y el componente C3 del complemento a través de la activación de NF-κB (potenciador de la cadena ligera kappa del factor nuclear de las células B activadas) [59]. Además, la estimulación de TLR2 moduló la tasa de proliferación y la capacidad de diferenciación de los progenitores tubulares, lo que sugiere un papel importante enrenalreparación [59]. Los estudios de seguimiento realizados por el mismo grupo identificaron distintos conjuntos de miARN expresados específicamente en progenitores tubulares [78]. Entre ellos, miR-1915 y miR-1225-5p regularon la expresión de CD133 y PAX2, así como TLR2. Salustio et al. luego diseccionó los mecanismos de recuperación después de AKI y encontró un papel esencial para TLR2 enrenalregeneración [79]. Establecieron que, después de la lesión, la detección del daño por TLR2 conduce a la secreción de inhibina-A y decorina por parte de los progenitores tubulares, que, a su vez, promueven la regeneración tubular a través de la proliferación celular [79]. Estas dos citocinas pertenecen a la vía de señalización del TGF- (factor de crecimiento transformante) y están implicadas en la regulación del ciclo celular, el aumento de la proliferación celular y la inhibición de la apoptosis [80-84].
La expresión de moléculas de la vía Wnt ha sido reportada en adultosrenalprogenitores en ratones [85] y humanos [86]. Usando un modelo de ratón de rastreo de linaje, Rinkevich et al. mostró que, tanto durante la homeostasis como después de la lesión, los mamíferos adultosriñonesse someten a una expansión clonal específica de segmento a partir de células derivadas de precursores sensibles a WNT [63]. Sugirieron que la capacidad de responder a las señales WNT selecciona las células que finalmente llevarán a cabo una expansión clonal robusta. Estudios en SIX2 más derivados de orinarenalprogenitores indicaron que la activación de la vía WNT por inhibición de GSK3 induce la diferenciación derenalprogenitores en renalcélulas tubulares proximales epiteliales [87]. Además, Wnt3 ejerció efectos favorables a la regeneración y se incrementó en CD133 másrenalprogenitores en un modelo in vitro de lesión por cisplatino [88]. En este estudio, los autores revelaron el papel funcional del propio CD133 en la reparación tubular renal mediante el mantenimiento de la respuesta proliferativa y el control de la senescencia al actuar como un factor permisivo para la señalización de -catenina, evitando su degradación en el citoplasma [88]. en pez cebrariñones,Los túbulos dañados fueron reemplazados por nuevas nefronas derenalprogenitores que expresan el receptor Wnt frizzled9b y el factor de transcripción lef1. Después de la lesión, se indujo la expresión de los ligandos Wnt Wnt9a y Wnt9b en las lesionesriñonesen sitios donde las células progenitoras forman nuevas nefronas [89]. Estos resultados sugieren que el papel esencial de la vía de señalización Wnt/frizzled enriñónla regeneración está altamente conservada entre las especies.
LA CITANCHE MEJORARÁ LA ENFERMEDAD RENAL/RENAL
Como se mencionó anteriormente, la señalización de Notch es una vía conservada evolutivamente que tiene un papel fundamental enlesión renaly reparación [24,90–93], particularmente durante la LRA [94,95]. Kang et al. mostró que Sox9 plusrenallos progenitores expresaron altos niveles de Notch, y la sobreexpresión del dominio intracelular Notch1 (NICD1) en la población Sox9 plus mejoró larenalhistología en un modelo de AKI inducido por ácido fólico [62]. Ma et al. informó que la activación de Sox9 más progenitores renales, cuyo papel es esencial enriñónreparación, fue mediada por la vía de Notch, lo que confirma el informe anterior de que los niveles de expresión de Notch1-3, Jagged1/2, Dll4 y Sox9 aumentan después de la lesión por isquemia-reperfusión (IRI) [66]. De hecho, en otros órganos como el páncreas, la activación de Sox9 modula la vía de Notch al regular Hes1 para mantener el grupo de células progenitoras [96]
Se ha demostrado que varios medicamentos mejoranriñóny, entre ellos, los inhibidores de la histona desacetilasa (HDAC) (HDACis) pueden ser una opción terapéutica prometedora para el tratamiento de la LRA [97-102]. Las HDAC forman un grupo de enzimas involucradas en múltiples procesos celulares al eliminar el grupo acetilo de las proteínas histonas o no histonas [103]. Marumo et al. informó una reducción en la actividad de HDAC5, aumento de la acetilación de histonas y reactivación de la proteína morfogenética ósea 7 (BMP-7) en las células tubulares proximales durante la fase de recuperación siguienterenalIRI [104]. Estas observaciones sugieren que las HDACis podrían ejercer sus efectos beneficiosos sobrerenalrecuperación a través del aumento de la expresión de BMP-7, una proteína que mantiene un grupo de progenitores renales en un estado indiferenciado duranteriñóndesarrollo [105]. Curiosamente, el tratamiento con HDACis amplió larenalpoblación de células progenitoras en pez cebra [106]. En el modelo de nefritis sérica nefrotóxica deglomerulonefritis en ratones, un tratamiento con tricostatina A (TSA) activadoriñóncélulas de población lateral (SD) [107]. Las células SD forman un subconjunto de células con potencial multilinaje y propiedades renoprotectoras conocidas que atenúan la inflamación crónica.enfermedad del riñon(ERC) a través de un aumento de la expresión BMP-7 [107]. Usando el enfoque de rastreo de linaje descrito anteriormente, Lazzeri et al. mostró que un tratamiento con dos HDACis ampliamente utilizados, TSA y 4-fenilbutirato (4-PBA), condujo a la proliferación del progenitor Pax2 plus, evitando así el desarrollo de fifibrosis tisular y ERC [5]. El desarrollo de HDACis selectivos, con mayor eficacia y menor toxicidad, mejoraríariñónrecuperación a través de la proliferación de progenitores tubulares. Cabe destacar que las HDACis han mostrado efectos terapéuticos beneficiosos en numerosos modelos experimentales deenfermedades renalesademás de AKI, incluyendo glomeruloesclerosis, fifibrosis tubulointersticial, inflamación glomerular y tubulointersticial, nefritis lúpica, poliquísticaenfermedad del riñonyrenalcarcinoma de células (RCC), como se revisa en [108]. Varios HDACis se encuentran actualmente en ensayos de fase 1 o 2 para el tratamiento del CCR y la insuficiencia renal (clinicaltrial.org).
Reguladores de Progenitores Tubulares en Patología: Un Coro Cacophonus
Características biológicas y moleculares deriñónel cáncer sugiere querenalprogenitores podrían estar en el origen del desarrollo de diferentesriñóntipos de tumores En un estudio reciente, Peired et al. mostró que el ser humanorenallos progenitores que sobreexpresan NICD1 tenían una mayor capacidad proliferativa y formaban una mitosis aberrante en cultivos 2D y podían generar una masa similar a un tumor en cultivos 3D [8]. Del mismo modo, Pax2 plusrenallos progenitores que sobreexpresan NICD1 después de la inducción transgénica en ratones adultos o después de IRI estaban en el origen de los adenomas papilares y los CCR [8]. En confirmación de este hallazgo, un tratamiento que bloqueó la activación de NOTCH1 inducida por AKI endógena condujo al desarrollo de menos tumores [8]. Recientemente, dos estudios sugirieron que los angiomiolipomas se originan a partir deriñóncélulas epiteliales localizadas en el túbulo y experimentando expansión clonal en respuesta a la eliminación del gen del complejo de esclerosis tuberosa (TSC) [109,110]. Ambos estudios propusieron que estas células podrían serrenalprogenitores con capacidad de diferenciación multilinaje [109,110]. Curiosamente, Cho et al. reveló que la activación de un bucle regulador Rheb-Notch-Rheb no informado anteriormente, en el que la unión cíclica de Notch1 a los elementos sensibles a Notch (NRE) en el promotor Rheb es un evento clave, fue el mecanismo principal detrás de la generación del múltiples linajes presentes en el angiomiolipoma [109]. Tomados en conjunto, estos resultados indican que una desregulación de la vía Notch enrenallos progenitores pueden conducir arenalpatologías
Wan et al. observó que la expresión de SOX9 aumentaba en pacientes con CCR y se correlacionaba con el grado patológico avanzado [111]. Los pacientes con CCR con niveles altos de SOX9 también tuvieron una supervivencia más corta [111]. Estos datos confirmaron un estudio precedente que asoció la expresión de SOX9 con la clasificación RCC Fuhrman y mostró que los pacientes con SOX9 ( ) tenían una respuesta terapéutica mucho mejor a los inhibidores de la tirosina quinasa que aquellos con SOX9 ( plus ) [112]. Por lo tanto, podríamos plantear la hipótesis de que un aumento de la expresión de SOX9 en SOX9 másrenallos progenitores podrían contribuir al desarrollo de RCC. Se describió un mecanismo similar en el cáncer de mama de tipo basal, donde la expresión de SOX9 en células madre/progenitoras luminales podría controlar la plasticidad del linaje para el cáncer a través de la activación de la señalización de NF-κB [113].
Perspectivas sobre el futuro de los progenitores renales
Secuenciación de ARN de una sola célula: Pongámonos en sintonía con los tiemposEl rápido desarrollo de scRNAseq está abriendo nuevas perspectivas para diseccionar los procesos moleculares involucrados enrenalregulación de progenitores en condiciones fisiológicas y patológicas. ScRNAseq consiste en obtener perfiles de expresión génica con una resolución de una sola célula, poniendo en evidencia los diferentes estados celulares y la dinámica molecular de incluso las subpoblaciones más raras. Esta nueva tecnología se ha utilizado con éxito en varios órganos, por ejemplo, para estudiar Prominin 1 más progenitores hepáticos [114], progenitores linfoides regulados negativamente por Dach1 [115] y KTR5 más progenitores pulmonares en pacientes con COVID-19 [116]. En los últimos años, un número creciente de grupos de investigación han aplicado esta estrategia para definir las poblaciones celulares de losriñonesen ratones y humanos [117-120]. En un estudio muy reciente, Rudman-Melnick et al. identificó la firma transcripcional de todas las poblaciones celulares en un modelo experimental de AKI, destacando la presencia de moléculas relacionadas con lesiones no descritas previamente [119]. Tal enfoque podría potencialmente revelar nuevos mecanismos activados enrenalprogenitores después de AKI, lo que lleva a la identificación de posibles objetivos moleculares. En su artículo seminal, Young et al. fueron capaces de emparejar células claras y células papilares de CCR con un subtipo de células tubulares contorneadas proximales definidas por la expresión de SLC17A3 y VCAM1 [117]. Como se mencionó anteriormente, la expresión de VCAM1 o CD106 caracteriza, junto con CD133, una población rara derenalprogenitores dispersos principalmente en el túbulo proximal [6]. Un análisis de los datos de scRNAseq reveló que el transcriptoma progenitor renal humano muestra similitudes con PT1, la supuesta célula de origen del RCC papilar humano [8]. Estas observaciones corroboran nuestra hipótesis de que el CCR papilar se origina a partir de la transformación y proliferación mediada por Notch de una población de progenitores renales en el túbulo proximal [8].
Aplicaciones clínicas: la clínica lleva la melodía
Las terapias basadas en progenitores renales representan una nueva frontera prometedora en el tratamiento deenfermedades renales, ya que varios estudios sugieren que mejoranFunción del riñóndespués de una lesión [121]. Sin embargo, inyectarrenalprogenitores directamente en modelos animales delesión renalpara inducir la regeneración tisular presenta limitaciones importantes que han sido expuestas en otros lugares [121]. Estas advertencias podrían eludirse gracias a las propiedades recientemente explotadas derenalprogenitores, que es su capacidad para secretar factores tróficos, citoquinas o quimioquinas que median eficientementeriñónreparación de forma paracrina o autocrina (Figura 2). Kenji et al. informaron que la inyección intraperitoneal de sobrenadante de cultivo obtenido de rata adultariñónlos progenitores suprimieron significativamente la apoptosis de las células tubulares de residuosrenalcélulas, disminuyó la inflamación y promovió la proliferación de células inmaduras en un modelo IRI experimental a través de la liberación de HGF (factor de crecimiento de hepatocitos), EGF (factor de crecimiento epidérmico), TGF- y Epo (eritropoyetina) [122]. De hecho, se ha informado que el uso terapéutico de numerosos factores de crecimiento mejoralesiones renales, como HGF, BMP7, EGF, TGF- y VEGF (factor de crecimiento del endotelio vascular) [123–127]. Salustio et al. informó que el ser humanorenalLos progenitores no solo reparan significativamente las células tubulares dañadas, sino que también exhiben efectos antififibróticos a través de la secreción de CXCL6 (ligando de quimiocina con motivo CXC 6), SAA2 (amiloide sérico A2), SAA4 (amiloide sérico A4) y BPIFA2 (BPI (permeabilidad bactericida). -creciente) miembro de la familia A que contiene pliegues 2) a través de un mecanismo paracrino [128]. Aggarwal et al. informó que elrenalsecreción progenitora de límites de Eporenalfifibrosis después de una lesión tubular [129]. Además de los factores solubles, los progenitores renales secretan vesículas extracelulares (EV), partículas delimitadas por bicapa lipídica de tamaño nanométrico que transportan lípidos, proteínas y ARN bioactivos que permiten la comunicación de célula a célula a través de acciones paracrinas. El tipo de EV más pequeño y mejor descrito son los exosomas, que se han investigado recientemente por sus efectos protectores contra la LRA inducida por IRI [130,131]. Li et al. demostraron que los exosomas derivados de progenitores renales podrían restaurar las estructuras y funciones renales a través de sus capacidades inmunomoduladoras, antiapoptóticas y de estimulación de la proliferación en modelos AKI. Los microARN (miARN) fueron los componentes más abundantes de los exosomas, y entre ellos, miR-146a se identificó como el actor clave en la mediación de los efectos citoprotectores al regular a la baja la señalización de IRAK1 (quinasa 1 asociada al receptor de interleucina 1)/NF-kB [130]. En un modelo de nefropatía diabética, se descubrió que los exosomas secretados por progenitores urinarios reducen la apoptosis de los podocitos al suprimir la caspasa-3 y promover la regeneración vascular, lo que puede estar relacionado con las citoquinas VEGF, TGF- 1, angiogenina y BMP -7 contenido en exosomas derivados de progenitores urinarios [132]. La inhibición de la apoptosis de los podocitos también se relacionó con la sobreexpresión de miR-16-5p en exosomas secretados por progenitores urinarios mediante la supresión de VEGF-A [133].
Moléculas y exosomas secretados porrenalprogenitores promueven la recuperación deenfermedad del riñona través de su capacidad para ejercer una serie de efectos renoprotectores y regenerativos gracias a su reducida inmunogenicidad y menor riesgo de maldiferenciación y tumorigénesis en comparación con las terapias celulares. Estas notables características los hacen atractivos para aplicaciones clínicas. Otro reto en el abordaje clínico deenfermedad del riñones el descubrimiento de nuevas herramientas de diagnóstico y seguimientoenfermedad del riñonque sería fácilmente accesible con procedimientos no invasivos. En este contexto, la orina representa un biofluido valioso debido a su accesibilidad, muestreo rápido y fácil y amplia variedad de proteínas, metabolitos, células y contenidos celulares liberados del tracto urogenital [134]. La presencia de células en la orina que muestran propiedades de células madre fue descrita por primera vez por Zhang et al. en 2008 [135]. En los años siguientes, varios grupos desarrollaron técnicas para aislar y caracterizar progenitores derivados de orina de donantes sanos y pacientes conriñóntrastornos [136]. Aún no se ha llegado a un consenso formal sobre qué marcadores se pueden usar para definir los progenitores derivados de la orina. La mayoría de los estudios indicaron que expresan marcadores de células madre mesenquimales (CD44, CD73 y VIM) y marcadores de células madre (como POU5F1, SSEA4 y TRA-1-81, así como CD117), pero no marcadores de hematopoyéticos o derivados del urotelio. linajes celulares y niveles bajos de marcadores específicos de túbulos o podocitos [136]. En cuanto a sus orígenes, Bharadwaj et al. mostró que derivados de la orinarenallos progenitores llevaron el cromosoma Y en un varón a hembratransplante de riñóndestinatario, indicando que proceden delriñones[137]. Estas células tienen la capacidad de diferenciarse en podocitos [138] y expresar marcadores proteicos específicos de podocitos y PEC [137,139], lo que sugiere que se originan a partir de PEC. Un análisis transcriptómico comparativo de derivados de orinarenalprogenitores yriñónderivado de biopsiarenallas células proximales epiteliales confirmaron la identidad del progenitor renal de los progenitores derivados de la orina [87], lo que indica que también podrían originarse a partir de progenitores tubulares dispersos. Estas células pueden reprogramarse en células madre pluripotentes inducidas (iPSC) y usarse para medicina regenerativa, modelado de enfermedades o pruebas farmacológicas [140,141].
Recientemente, se ha propuesto que la expresión de larenalEl marcador progenitor CD133 en EV urinarios representa un buen marcador para la evaluación del estado funcional del compartimento tubular renal y de la presencia de células con actividad proliferativa y reparadora dentro de los túbulos después de una lesión. De hecho, dos estudios informaron que los niveles de CD133 más EV en orina, elevados en sujetos sanos, no solo disminuyen en pacientes con daño tubular agudo [142] sino también en condiciones glomerulares agudas y crónicas [143]. Además, la presencia de progenitores renales en la orina puede reflejar el estado fisiopatológico derenaltejido. En particular, Manonelles et al. proporcionó evidencia de que el aislamiento de CD133 más CD24 más progenitores renales de la orina de receptores de aloinjertos estables a los seis meses podría predecir el mal resultado a largo plazo del trasplante a los dos años [144]. La proliferación de progenitores renales y la migración desde la cápsula de Bowman al penacho glomerular a través del espacio urinario para reemplazar los podocitos desprendidos podría explicar la excreción de progenitores renales y, si se mantiene en el tiempo, podría no preservar la función del aloinjerto, lo que resultaría en una disminución de la TFG. albuminuria y desarrollo de lesiones histológicas glomerulares crónicas [144].
Derivado de la orinariñónLas células también podrían ser una poderosa herramienta personalizada para estudios funcionales sobre variantes candidatas en herencia.enfermedad renal. Como se describe por Lazzeri et al., derivados de la orinarenallos progenitores obtenidos de pacientes portadores de mutaciones patogénicas en genes que codifican proteínas de podocitos se expanden en cultivo pero desarrollan anomalías en la expresión o localización de proteínas de podocitos después de la diferenciación de podocitos [138]. De acuerdo con esta evidencia, se utilizó la misma técnica para demostrar la patogenicidad de una variante del gen NPHS1 de significado desconocido en un paciente con nefritis lúpica refractaria [145]. Otro estudio subrayó la posibilidad de utilizar células epiteliales renales derivadas de la orina para llevar a cabo estudios funcionales y de ARN enriñón-genes específicos, validando la patogenicidad de una variante sinónima en PKHD1 (polycysticriñóny enfermedad hepática 1) y confirmar el diagnóstico genético de ARPKD (Autosomal Recessive PolycysticEnfermedad del riñon) en un paciente con ERC asociada a poliquistosis atípicariñones [146].
Conclusiones
Un vasto cuerpo de literatura describe los numerosos mecanismos de regulación derenalprogenitores en los compartimentos glomerular y tubular, permitiéndonos tener una visión global de la complejidad de los procesos moleculares que tienen lugar en las condiciones fisiológicas y patológicas. Conocer la firma molecular derenalprogenitores abre la puerta a la identificación de nuevos objetivos para que las drogas mantenganriñónregeneración o biomarcadores para monitorearriñónsalud.