PKD1 e PKD2 mRNA cis - Gruppo contatore di denaro Nantong

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4765 (2022) Citare questo articolo

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La malattia renale policistica autosomica dominante (ADPKD), tra le condizioni genetiche umane più comuni e un'eziologia frequente di insufficienza renale, è causata principalmente da mutazioni eterozigoti di PKD1. La formazione di cisti renali si verifica quando il dosaggio di PKD1 scende al di sotto di una soglia critica. Tuttavia, non esiste alcuna struttura per sfruttare l’allele rimanente o invertire il declino di PKD1. Qui, mostriamo che gli mRNA prodotti dall'allele PKD1 non inattivato sono repressi tramite il loro elemento legante 3′-UTR miR-17. L'eliminazione di questo motivo (Pkd1∆17) migliora la stabilità dell'mRNA, aumenta i livelli di policistina-1 e allevia la crescita delle cisti nei modelli PKD cellulari, ex vivo e murini. Sorprendentemente, Pkd2 è anche inibito tramite il suo motivo 3′-UTR miR-17 e la derepressione della policistina-2 indotta da Pkd2∆17 ritarda la crescita della cisti nei modelli mutanti Pkd1. Inoltre, il blocco acuto dell'inibizione cis di Pkd1/2, anche dopo l'insorgenza della cisti, attenua la PKD murina. Infine, la modellazione degli alleli PKD1∆17 o PKD2∆17 in colture primarie di ADPKD derivate dai pazienti porta a cisti più piccole, proliferazione ridotta, espressione pCreb1 inferiore e potenziale di membrana mitocondriale migliorato. Pertanto, eludere l'interferenza cis 3′-UTR e migliorare la traduzione dell'mRNA PKD1/2 è un approccio potenzialmente indipendente dalla mutazione che arresta l'ADPKD.

Si stima che circa 12,5 milioni di persone in tutto il mondo soffrano di malattia renale policistica autosomica dominante (ADPKD), rendendola una delle condizioni monogenetiche più comuni conosciute dall’umanità. Una caratteristica clinica dell'ADPKD è la crescita incessante di innumerevoli cisti piene di liquido nei reni, che sostituiscono il normale parenchima e, nel corso di decenni, causano un massiccio ingrossamento renale bilaterale e insufficienza renale1. L'ADPKD si verifica a causa di mutazioni eterozigoti con perdita di funzione nel gene PKD1 (~78% dei casi) o PKD2 (~15% dei casi). L'ipotesi classica per l'inizio della cisti è che oltre a una mutazione inattivante della linea germinale in un allele del gene PKD, vi sia un'inattivazione somatica (denominata secondo colpo) nell'altro allele, causando una perdita completa dell'espressione della policistina nella cellula . Tuttavia, negli ultimi anni, diverse linee di evidenza supportano la soglia di dose genica come meccanismo coinvolto nella cistogenesi2,3. Questa ipotesi presuppone che la perdita completa di PKD1 non sia necessaria, ma piuttosto che si verifichi la cistogenesi se il dosaggio funzionale di PKD1 scende al di sotto di una soglia critica. Supportando il modello di dosaggio genico, l'inattivazione della seconda mutazione hit non è una caratteristica universale, specialmente nelle cisti ADPKD più piccole4,5,6,7. È importante sottolineare che molti individui con ADPKD continuano ad avere un'espressione residua di PC1 perché portano mutazioni missenso (piuttosto che inattivanti) della linea germinale di PKD18,9,10. Come prova di principio, la riduzione della dose Pkd1 è sufficiente per produrre PKD nei topi, suini e scimmie4,11,12,13,14,15,16. Pertanto, se il dosaggio ridotto provoca ADPKD, l’aumento dell’espressione del normale allele PKD1 potrebbe arrestare il disturbo. Tuttavia, nonostante questo potenziale trasformativo, i fattori che governano il dosaggio di PKD1 nell’ADPKD sono per lo più sconosciuti e attualmente non esistono meccanismi per attivare il normale allele PKD1.

La regione 3′-non tradotta (3′-UTR), la porzione di mRNA che si trova immediatamente a valle del codone di terminazione della traduzione, protegge l'mRNA dalla degradazione e facilita la traduzione attraverso la sua coda poli(A)17. Paradossalmente, il 3′-UTR, attraverso l'interazione con i microRNA (miRNA), può anche mediare la repressione della traduzione o la deadenilazione dell'mRNA18,19,20,21. La maggior parte degli mRNA 3′-UTR ospitano elementi leganti i miRNA (MBE) evolutivamente conservati, il che implica che l'inibizione cis della traduzione è una modalità pervasiva di regolazione dell'output genico22. Tuttavia, questo aspetto intrigante della funzione 3′-UTR è scarsamente delineato. La previsione è che i singoli MBE abbiano un impatto minore sulla funzione dell'mRNA dell'ospite, considerando che i miRNA agiscono principalmente come reostati e reprimono modestamente i bersagli dell'mRNA. Contrariamente a questa logica prevalente, abbiamo ragionato che in determinate circostanze, come quando il dosaggio genico è già ridotto a causa di aploinsufficienza, l'inibizione cis mediata da MBE dell'allele rimanente potrebbe avere un effetto modificante la malattia regolando la produzione proteica finale.

100 mg/dl and serum creatinine of >0.4 mg/dl (Fig. 3b). Founder #3 Pkd1RC∆17/- mice exhibited minimal disease progression with average BUN < 30 mg/dl and serum creatinine <0.2 mg/dl (Fig. 3a, b)./p>

95% of dysregulated mRNAs in Pkd1RC/- kidneys showed improved (or normalized) expression in Pkd1RC∆17/- kidneys (Fig. 3c). Consistent with the RNA-seq data, immunoblot analysis revealed reduced c-Myc and Yap1 in the kidneys of 18-day-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Supplementary Fig. 9f). Finally, immunofluorescence analysis demonstrated fewer anti-phospho-Histone-H3-positive cells, indicating lower proliferation, and reduced anti-pCreb1 and anti-MRC1 signals, implying attenuated c-AMP signaling and cyst-associated inflammation, respectively, in kidneys of 18-day-old and 18-week-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Fig. 3d)./p> 10-fold higher KW/BW ratio and elevated BUN and serum creatinine in PBS and control oligonucleotide-treated mice compared to age-matched wildtype mice (Fig. 5d–g). Strikingly, PKD was virtually prevented, and renal function remained normal in P18 RGLS4326-treated Pkd1RC/- mice (Fig. 5d–g). In the second study, we began treatment at P16 when Pkd1RC/- mice had already developed cystic disease. By P26, one out of 15 control oligonucleotide-treated mice had died, and the surviving mice had developed progressive kidney enlargement and near-fatal kidney failure. In contrast, we observed attenuation of PKD progression and stabilization of kidney function in RGLS4326-treated Pkd1RC/--KO mice (Fig. 5h–k). Finally, in a third study, we assessed the long-term effects of Pkd1/2 derepression in mice that had already developed PKD. We treated Pkd1RC/- mice on P16 and P17 with the vehicle, 20 mg/kg RGLS4326, or 20 mg/kg control oligonucleotide. These mice then received their respective treatment regimens every week until 18 weeks of age. A fourth group of Pkd1RC/- mice received 20 mg/kg RGLS4326 treatment on P16 and P17 and every other week thereafter. 85.7% (12 out of 14) of PBS-treated and 100% (14 out of 14) of control oligonucleotide-treated Pkd1RC/--KO mice succumbed to their disease before 18 weeks of age. In contrast, 70% (7 out of 10) and 50% (5 out of 10) of Pkd1RC/- mice treated with RGLS4326 bi-monthly or weekly, respectively, survived until 18 weeks of age (Fig. 5m). Furthermore, we noted substantially preserved kidney parenchyma (Fig. 5l and Supplementary Fig. 15) and reduced KW/BW (Fig. 5n) among the surviving mice in the RGLS4326 group. Thus, acute pharmaceutical Pkd1/2 derepression, including after cyst onset, attenuates murine PKD./p>