Defective polycystin 2 increases cellular proliferation in the PKD2 (1-703) transgenic rat subsequent to the appearance of renal cysts

Abstract

Το κύριο χαρακτηριστικό της Αυτοσωματικής Επικρατούσας Πολυκυστικής Νόσου των Νεφρών είναι η δημιουργία κύστεων γεμάτων υγρό που καταστρέφουν το νεφρικό παρέγχυμα και οδηγούν σε χρόνια νεφρική ανεπάρκεια. Παρόλο που τα γονίδια που ευθύνονται για τη νόσο είναι γνωστά, ο μηχανισμός γένεσης και ανάπτυξης των κύστεων δεν είναι απόλυτα κατανοητός. Πιστεύεται, ότι οι κύστεις προκύπτουν από τον αυξημένο πολλαπλασιασμό των σωληναριακών επιθηλιακών κυττάρων. Έρευνες έχουν δείξει αυξημένο κυτταρικό πολλαπλασιασμό σε κυστικά αλλά και μη κυστικά επιθήλια σε ιστούς ασθενών αλλά και σε ζωϊκά μοντέλα. Επιπρόσθετα, σε τέτοια μοντέλα ζώων αλλά και σε συστήματα κυτταροκαλλιεργειών, παρατηρείται απορρύθμιση ενός σημαντικού αριθμού πρωτεϊνών, οι οποίες καθορίζουν και συντονίζουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Η μελέτη αυτή επικεντρώνεται στην εξέταση του ρόλου της πολυκυστίνης-2 στον κυτταρικό πολλαπλασιασμό που παρατηρείται στην πολυκυστική νόσο των νεφρών. Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιήθηκαν πρωτογενή σωληναριακά επιθηλιακά κύτταρα από διαγονιδιακούς αρουραίους ηλικίας 7.5 εβδομάδων, στα οποία υπερεκφράζεται μια μεταλλαγμένη μορφή της πολυκυστίνης-2. Τα κύτταρα αυτά επέδειξαν τόσο μια αυξημένη ικανότητα πολλαπλασιασμού, όσο και αντικανονικά προφίλ κυτταρικού κύκλου, συγκρινόμενα με τα αντίστοιχα φυσιολογικά. Η αυξητική ικανότητα των κυττάρων καταγράφηκε και σαν αύξηση των ενδοκυτταρικών επιπέδων του PCNA, του c-myc και του cdk-2, αλλά και σαν μείωση του p57kip2. Παρόλα αυτά, η συμβολή της πολυκυστίνης-2 στον αυξημένο κυτταρικό πολλαπλασιασμό κατά την εμφάνιση των κύστεων παραμένει αδιευκρίνιστη. Με τη χρήση πειραμάτων μικροσυστοιχιών έγινε μια προσπάθεια περεταίρω εξέτασης του τρόπου δράσης της πολυκυστίνης-2, στα οποία έγινε ανάλυση της συνολικής γονιδιακής έκφρασης με τη χρήση ομογενοποιήματος ολόκληρου νεφρού, από τους ίδιους διαγονιδιακούς αρουραίους στα πρώτα στάδια της κυστογένεσης, και συγκεκριμένα ηλικίας 0, 6 και 24 ημερών. Έτσι φάνηκε πως παρόλο που οι κύστεις εμφανίζονται στις 0 μέρες, η απορύθμιση των γονιδίων που σχετίζονται με τον πολλαπλασιασμό παρατηρείται μετά από τις 24 ημέρες. Ταυτόχρονα, στις πρώτες ώρες γέννησης φάνηκε να επηρεάζονται μονοπάτια όπως το σύστημα ρενίνης-αγγειοτασίνης, το μονοπάτι του Wnt, των εστιακών σημείων πρόσδεσης, ο μεταβολισμός της γλουταθιόνης και οι μεταγραφικοί παράγοντες έναρξης. Αυτό αποδεικνύει πως ο αυξημένος πολλαπλασιασμός στην πολυκυστική νόσο των νεφρών δεν επάγεται απευθείας από την γένεση ή την δημιουργία των κύστεων, αλλά είναι πιθανόν να ξεκινά σε μεταγενέστερα παθογενετικά στάδια της νόσου.

The main characteristic of Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease (ADPKD) is the formation of bilateral fluid-filled cysts that eventually destroy the renal parenchyma and lead to chronic renal failure. Although the genes responsible for ADPKD are known, the mechanisms of disease initiation and progression are not completely understood. To date, abnormal cell proliferation is thought to be a major pathogenic feature of the disease. Cysts are thought to arise from tubular epithelial cells mainly through increased proliferation, but other processes including apoptosis, differentiation, alterations in epithelial cell polarity and fluid secretion are thought to be contributing factors. Studies have provided evidence of abnormal proliferation in both cystic and noncystic epithelia of human ADPKD and in animal models resembling ADPKD. Several proteins and pathways known to regulate proliferation have been shown to be deregulated in cell culture systems and animal models of Polycystic Kidney Disease (PKD). In this study the role of polycystin-2 (PC-2) in PKD cellular proliferation was addressed by using primary cultures of Tubular Epithelial Cells (TECs) from 7.5 week old transgenic rats overexpressing a mutated form of PC-2, the protein product of PKD2. These cultured cells displayed increased proliferation as assessed by increased levels of proliferating cell nuclear antigen (PCNA), c-myc, cyclin-dependent kinase 2 (cdk2), decreased levels of p57kip2 and abnormal cell cycle profile as compared to their normal counterparts. However, the contribution of PC-2-induced abnormal proliferation to cyst initiation remained unclear. To further address this issue gene expression profiling of whole kidney homogenates from rats at an early stage of the disease, at 0, 6 and 24 days, was performed. Although cysts appear as early as 0 days, deregulation of proliferation-related genes occurs after 24 days. Instead, pathways including the renin-angiotensin system, the Wnt, focal adhesion, glutathione metabolism and basal transcription factors are altered at these early time points. This demonstrates that abnormal cell proliferation is probably not a primary event in the initiation and formation of cysts but is probably involved at later stages in disease pathogenesis.