Onderzoek kan de weg vrijmaken voor gentherapie voor ADPKD

Polycysteuze nierziekte (PKD) is een genetische ziekte die wordt gekenmerkt door de ontwikkeling van met vocht gevulde zakjes, cysten genaamd, in de nier. Deze aandoening belemmert het vermogen van de nieren om afval te filteren en kan nierfalen veroorzaken.

Autosomaal dominante polycysteuze nierziekte (ADPKD), de meest voorkomende vorm van PKD, is ook de meest voorkomende levensbedreigende erfelijke aandoening. ADPKD wordt veroorzaakt door een mutatie in de genen PKD1 of PKD2.

De aanwezigheid van een enkele kopie van het gemuteerde gen geërfd van een van beide ouders is voldoende om ADPKD te veroorzaken.

Ongeveer 78% van alle gevallen van ADPKD wordt veroorzaakt door een mutatie in het PKD1-gen dat codeert voor het polycystine-1 (PC1)-eiwit. Expressie van het PC1-eiwit in diermodellen waarin het PKD1-gen is uitgeschakeld kan verminderen de ontwikkeling van cysten en het omkeren van andere pathologische veranderingen. De lengte van het PKD1-gen dat codeert voor het PC1-eiwit maakt het echter ongeschikt voor gentherapie.

Dier- en celkweekmodellen van ADPKD hebben verstoring van metabole routes bij deze aandoening aangetoond, inclusief die welke betrokken zijn bij energieproductie. Verschillende van deze processen vinden plaats in de celorganellen, de mitochondria genaamd, die voedingsstoffen omzetten in chemische energie in de vorm van ATP. ATP kan dan worden gebruikt om verschillende biologische processen in de cel van brandstof te voorzien.

Studies in diermodellen hebben dat aangetoond therapieën of interventies die gericht zijn op deze metabole routes kunnen de symptomen van ADPKD helpen verlichten. Toch zijn de mechanismen waardoor mutaties in het PKD1-gen de metabolische functie beïnvloeden slecht begrepen.

In de recente studie onderzochten de onderzoekers de mechanismen waardoor het PKD1-gen invloed zou kunnen hebben op metabole routes.

Het PC1-eiwit wordt gevonden in het celmembraan, maar het wordt ook gesplitst om kleinere fragmenten te produceren die zich lokaliseren in andere compartimenten in de cel. Gezien de verstoring van metabole routes, concentreerden de onderzoekers zich op een specifiek fragment van het PC-1-eiwit, het C-terminale staartfragment (PC1-CTT). Dit eiwitfragment bestaat uit 200 aminozuren en lokaliseert in de mitochondriën.

De auteurs van de recente studie onderzochten het vermogen van dit fragment om de ontwikkeling van cysten in een diermodel van ADPKD te voorkomen.

In de huidige studie gebruikten de onderzoekers een genetisch gemanipuleerd muismodel van ADPKD dat het PKD-1-gen niet tot expressie bracht.

De onderzoekers meldden dat de expressie van het gen dat codeert voor het PC1-CTT-fragment bij deze dieren hielp de groei van cysten te vertragen en de nierstructuur en -functie te behouden. Met name de niveaus van markers van nierfunctie bij muizen die het CTT-fragment tot expressie brengen zonder het PKD-1-gen waren vergelijkbaar met die bij wildtype muizen met een intact PKD-1-gen.

Om de moleculaire routes te identificeren die deze effecten van het PC1-CTT-fragment mediëren, onderzochten de onderzoekers vervolgens de interactie van het PC1-CTT-fragment met andere eiwitten in niercellen. Het enzym Nicotinamide Nucleotide Transhydrogenase (NNT), gelokaliseerd in de mitochondriën, vertoonde de hoogste interactie met PC1-CTT. Bovendien speelt NNT een vitale rol bij het verminderen van oxidatieve stress en andere metabole functies.

Verdere experimenten bij muizen die de NNT- en PKD-1-genen niet tot expressie brachten, toonden aan dat de expressie van het PC1-CTT-fragment de vorming van cysten niet kon verminderen of veranderingen in de nierstructuur bij deze muizen kon voorkomen. Alleen muizen die zowel het NNT-gen als het PC1-CTT-fragment tot expressie brachten, vertoonden onderdrukking van cystevorming en behoud van de nierstructuur.

De onderzoekers zeiden dat deze experimenten suggereren dat het vermogen van PC1-CTT om de ernst van ADPKD te verminderen wordt gemedieerd door zijn interactie met NNT.

De onderzoekers onderzochten vervolgens hoe het PC1-CTT-fragment de niveaus van metabolieten, de tussen- of eindproducten van het metabolisme, beïnvloedde in het ADPKD-muismodel.

De onderzoekers meldden dat het PC1-CTT-fragment hielp bij het normaliseren van het metabole profiel bij muizen zonder het PKD-1-gen en verminderde markers van oxidatieve stress.

De onderzoekers zeiden dat de expressie van het PC1-CTT-fragment in het ADPKD-muismodel de expressie van NNT verhoogde in vergelijking met hun tegenhangers die het CTT-fragment niet tot expressie brachten.

Deze resultaten kwamen overeen met bevindingen van menselijke monsters, waarbij weefselmonsters van de nieren van personen met ADPKD lagere niveaus van het NNT vertoonden dan hun gezonde tegenhangers.

Bovendien verhoogde PC1-CTT ook de expressie van bepaalde enzymen die betrokken zijn bij oxidatieve fosforylering, de route die betrokken is bij energieproductie, in het ADPKD-muismodel.

Dr. Diane Triolo, een nefroloog in het Holy Name Medical Center in Teaneck, NJ, vertelde Medisch nieuws vandaag dat “de nieuwste therapieën voor behandeling het vertragen van de progressie van de cysten omvatten, maar helaas niet hebben aangetoond dat ze de vorming ervan voorkomen, wat uiteindelijk leidt tot nierziekte in het eindstadium.”

“Eerder onderzoek heeft de genen geïsoleerd waarvan is aangetoond dat ze ADPKD veroorzaken,” voegde ze eraan toe. “[The present study provides] nefrologen en hun patiënten hopen op een mogelijke genezing in plaats van uitstel van eindstadium nierziekte bij ADPKD. Ze hebben aangetoond dat het tot expressie brengen van het C-terminale fragment van PC1 door interactie met Nicotinamide Nucleotide Transhydrogemase deze cysten kan onderdrukken en de nierfunctie in muizenweefsel kan behouden. Dit geeft hoop aan miljoenen mensen en laat zien hoe belangrijk gentherapie niet alleen voor ADPKD is, maar ook voor veel andere ziekten.”