ES2285841T3 - Uso de inhibidores del receptor de integrina alfa1beta1 e inhibidores de tgf-beta1 en el tratamiento de la enfermedad renal. - Google Patents
Uso de inhibidores del receptor de integrina alfa1beta1 e inhibidores de tgf-beta1 en el tratamiento de la enfermedad renal. Download PDFInfo
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Abstract
Uso de un inhibidor del receptor de integrina alfa1beta1 para la preparación de una composición farmacéutica para limitar un trastorno renal.
Description
Uso de inhibidores del receptor de integrina
\alpha1\beta1 e inhibidores de TGF-\beta1 en
el tratamiento de la enfermedad renal.
Esta invención se refiere al campo de la
enfermedad renal (es decir, trastorno renal) caracterizada por
glomerulonefritis y/o fibrosis. En particular, esta invención se
refiere al uso de inhibidores del receptor de integrina
\alpha1\beta1 para preparar una composición farmacéutica para
limitar trastornos renales. Además, esta invención se refiere al
uso de inhibidores de integrina \alpha1\beta1 combinados con
inhibidores de TGF-\beta1 para preparar una
composición farmacéutica para limitar los trastornos renales.
En Estados Unidos, aproximadamente 12.000
personas viven actualmente con el síndrome de Alport. Este trastorno
hereditario da como resultado una enfermedad renal progresiva que
sólo se puede tratar con diálisis y transplante de riñón. Los
riñones transplantados normalmente son rechazados. Por lo tanto, se
necesitan tratamientos alternativos. Sin embargo, actualmente no
hay un tratamiento que se dirija al mecanismo del inicio o el avance
de la enfermedad. Por lo tanto, lo que se necesita es un
tratamiento que ataque el mecanismo del inicio y/o avance de la
enfermedad, uno que pueda ralentizar sustancialmente las afecciones
de la enfermedad, tales como la glomerulonefritis y la fibrosis
renal.
Hay una serie de enfermedades renales asociadas
con alteraciones en la homeostasia de la matriz, en las que se
interrumpe el delicado equilibrio de la síntesis y el ciclo
metabólico de las moléculas estructurales. Como ejemplo, el
síndrome de Alport es una enfermedad que da como resultado la
insuficiencia renal progresiva asociada con pérdida auditiva
neurosensorial. Afecta más a los portadores varones y los estudios
ultraestructurales ponen de manifiesto anomalías en la membrana
basal glomerular (GBM) de los individuos afectados. Aproximadamente
una de cada 20.000 personas tiene síndrome de Alport, los cual hace
que la enfermedad sea uno de los trastornos genéticos conocidos más
frecuente. Véase, por ejemplo, Atkin y col., "Alport Syndrome"
en R.W. Schrier & C.W. Gottschalk (Eds.), Diseases of the
Kidney, 4th ed., Chap. 19, Little Brown, Boston, pp.
617-641, 1988. El síndrome de Alport ligado al
cromosoma X lo causa cualquiera de una serie de mutaciones en el gen
del colágeno 4A5 (Barker y col., Science,
348:1224-1227, 1990). Se han identificado al menos
60 mutaciones diferentes en el gen. La forma autosómica del
síndrome de Alport presenta la misma variedad de fenotipos que la
forma ligada al cromosoma X y resulta de mutaciones en el gen 4A3
(COL4A3) o 4A4 (COL4A4) del colágeno de la membrana basal. Véase,
por ejemplo, Lemmink y col., Hum. Mol. Gen.,
3:1269-1273, 1994, y Mochizuki y col., Nature
Genet., 8:77-81, 1994. Otras enfermedades de la
membrana basal incluyen el síndrome de Goodpasture que se debe a
una respuesta autoinmune aguda dirigida contra un epítopo del
dominio NC1 del colágeno 4A3 (Hudson y col., Kidney Int.,
43:135-139, 1993), y la leiomiomatosis, un tumor
benigno del músculo liso que se asocia con la deleción tanto del
colágeno 4A5 como 4A6 (Zhou y col, Science,
261:1167-1169, 1993).
Las membranas basales son estructuras
extracelulares especializadas asociadas con casi todos los órganos y
tejidos del cuerpo. Normalmente se encuentran en el límite entre
las células y el tejido conjuntivo, pero también se pueden
encontrar entre las células epiteliales y endoteliales, como en el
caso de un glomérulo renal (es decir, grupo de capilares). Las
unidades estructurales predominantes de las membranas basales
incluyen colágeno de tipo IV, laminina, proteoglicano sulfato de
heparina, entactina y a veces fibronectina y colágeno de tipo V. El
componente de mayor representación en todas las membranas basales es
el colágeno de tipo IV, un tipo de colágeno distinto que se
encuentra sólo en membranas basales. En su forma original, tipo IV,
como todos los colágenos, está compuesto de tres moléculas de
colágeno unidas en una triple hélice que consiste en diferentes
combinaciones de seis cadenas alfa (4A1-4A6). Las
cadenas 4A1 y 4A2 (también denominadas las cadenas
\alpha1(IV) y \alpha2(IV)) son las más comunes
(Timpl, J. Biochem., 180:487-502, 1989). Los
colágenos de tipo IV difieren de los colágenos intersticiales en una
serie de aspectos. La estructura helicoidal de la asociación de
cadenas alfa no se adhiere estrictamente al motivo de
glicina-X-Y observado en otros
colágenos; contiene 3-hidroxiprolina en lugar de
4-hidroxiprolina, y es rico en hidratos de carbono.
La superestructura de colágeno resultante es una red como una tela
metálica de colágeno de la membrana basal. Esta red es el cimiento
sobre el que se unen las moléculas auxiliares (laminina, sulfato de
heparina, etc.)
Las membranas basales son estructuras muy
heterogéneas, lo cual explica sus propiedades funcionales diversas.
La complejidad de estas estructuras todavía se entiende poco. Hace
poco que se han descubierto varias cadenas nuevas de colágeno de la
membrana basal (cadenas alfa 3, 4, 5 y 6). Véase, por ejemplo,
Gunwar y col., J. Biol. Chem.,
266:15318-15324, 1990; Hostikka y col., Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 87:1606-1610, 1990;
Butkowski y col., J. Biol. Chem.,
262:7874-7877, 1987; y Zhou y col., Science,
261:1167-1169, 1993. Es interesante que las nuevas
cadenas sólo se han encontrado en determinados tejidos (p. ej., el
glomérulo del riñón, la membrana de Decimet del ojo, el cristalino,
la piel, el pulmón, los testículos y la cóclea). Véase, por
ejemplo, Kleppel y col., Am. J. Pathol.,
134:813-825,1989, y Tryggvason y col., Kidney
Int., 43:38-44, 1993. Actualmente se desconoce
la función de estas nuevas cadenas en el conjunto de la membrana
basal. Se cree que estos nuevos colágenos de la membrana basal
forman redes separadas distintas de las redes de los tipos de
colágeno 4A1 (\alpha1(IV)) y 4A2
(\alpha2(IV)).
Las membranas basales glomerulares del riñón
(GBM) forman parte del proceso de ultrafiltración (es decir, en el
que se filtra la sangre para separar los metabolitos para la
excreción en forma de orina, por ejemplo). El síndrome de Alport da
como resultado una acumulación masiva de matriz extracelular y una
membrana basal afectada, que da como resultado la glomerulonefritis
focal y segmentaria (es decir, inflamación de los bucles capilares
en los glomérulos del riñón), que finalmente da como resultado
uremia mortal (es decir, exceso de urea en la sangre como resultado
de insuficiencia renal). Muchas de las moléculas de la misma matriz
extracelular (p. ej., colágeno de tipo I, fibronectina, laminina, y
colágeno de tipo IV) también se acumulan progresivamente en la GBM
de los pacientes con nefritis por DMDI (diabetes mellitus
dependiente de insulina). Sin embargo, en esta enfermedad, la GBM
se hace más gruesa, pero carece del adelgazamiento focal y división
(segmentación) de la GBM, que es característico del síndrome de
Alport.
Las integrinas son una familia de receptores de
glicoproteínas transmembrana que se unen a componentes de la lámina
basal y la matriz extracelular. Funcionan como moléculas de adhesión
implicadas en la agregación celular y en el anclaje de células a la
lámina basal. También transducen señales al núcleo, y están
implicadas en la modulación de la expresión de genes, en particular
la expresión de genes para la migración celular y diferenciación
celular (Hynes, Cell, 69:11-25,1992). Se
conocen unos 20 receptores de integrina diferentes, que incluyen
aproximadamente 14 subunidades alfa diferentes y aproximadamente 8
subunidades beta diferentes (DiSimone, Curr. Opin. Cell
Biol., 6:182-194,
1994).
1994).
En el glomérulo renal (riñón), hay distintos
grupos de receptores de integrinas. Están asociados con la matriz
mesangial (es decir, una membrana que ayuda a mantener los bucles
capilares en un glomérulo renal) o células epiteliales viscerales
(Patey y col., Cell Adhesión Commun.,
2:159-167, 1994). El receptor de integrina más
frecuente en las células epiteliales viscerales glomerulares en el
adulto es el heterodímero \alpha3\beta1 (Adler, Am. J.
Pathol, 141:571-578, 1992; y Patey y col.,
Cell Adhesión Commun., 2:159-167, 1994). Se
ha mostrado que la subunidad \beta5 se expresa en células
epiteliales viscerales en el adulto (Yamada y col., Cell
Adhesion Communic., 3:311-325, 1995), y los
receptores de integrina \alpha1, \alpha3, \alpha5, \alphaV,
\beta1 y \beta3 se expresan en el desarrollo durante la
morfogénesis del riñón (Korhonen y col., Lab. Invest.,
62:616-625, 1990; Wada y col., J. Cell.
Biol., 132:1161-1176,1996; y Yamada y col.,
Cell Adhesion Communic., 3:311-325, 1995). El
receptor de integrina heterodímera \alpha1\beta1 es el único
receptor de integrina identificado en la superficie de células
mesangiales en el glomérulo renal.
Se ha producido un ratón con el gen de la
subunidad del receptor de integrina \alpha3 silenciado. Las crías
murieron de disfunción renal poco después de nacer (Kreidberg y
col., Dev., 122:3537-3547, 1996). La
patología ultraestructural de la GBM en los neonatos de este modelo
es muy similar a la observada en el síndrome de Alport avanzado. La
membrana basal aparece enrarecida (es decir, engrosada, adelgazada y
dividida de forma irregular) y los procesos pediculares de las
células epiteliales viscerales aparecen fusionados. Puesto que un
ligando para el receptor \alpha3\beta1 es el colágeno de tipo IV
(Krishnamurti y col., Lab. Invest.,
74:650-665, 1996; y Rupprecht y col., Kidney
Int., 49:1575-1582, 1996), y puesto que este
receptor se localiza a lo largo del plano de contacto entre las
células epiteliales viscerales y la GBM (Baraldi y col.,
Nephron, 66:295-301, 1994), las observaciones
listadas antes para el silenciamiento de la integrina \alpha3
apoyan un modelo en el que dichas interacciones de integrina/ligando
tienen una función importante en el desarrollo de la membrana
basal.
En un animal normal, el colágeno de tipo IV en
la membrana basal glomerular (GBM) embrionaria hasta el momento del
nacimiento está compuesta enteramente de las cadenas
\alpha1(IV) y \alpha2(IV) (denominadas cadenas de
colágeno clásicas). Inmediatamente después del nacimiento, se
produce un cambio en el desarrollo en el que las cadenas
\alpha3(IV), \alpha4(IV) y \alpha5(IV)
(denominadas las nuevas cadenas de colágeno) se detectan claramente
en la GBM, y las cadenas \alpha1(IV) y \alpha2(IV)
se localizan predominantemente en la matriz mesangial (Minor &
Sanes, J. Cell Biol., 127:879-891, 1994).
En el riñón del adulto una capa gruesa de GBM
compuesta de las cadenas \alpha1(IV) y \alpha2(IV)
se encuentra adyacente a la capa celular endotelial, mientras que
la mayor parte del grosor completo de la GBM está compuesta de las
cadenas \alpha3(IV), \alpha4(IV) y
\alpha5(IV) (Desjardins & Bendayan, J. Cell.
Biol., 113:689-700, 1991; y Kashtan y col.,
J. Clin. Invest., 78:1035-1044, 1996).
Hay pruebas bioquímicas que sugieren que los dos grupos diferentes
de cadenas de colágeno forman redes separadas (Kleppel y col., J.
Biol. Chem., 267:4137-4142, 1992). En la
nefritis familiar, las mutaciones nulas (es decir, mutaciones que
destruyen la expresión de genes) en los genes de
\alpha3(IV), de \alpha4(IV) o de
\alpha5(IV) dan como resultado la ausencia de las tres
cadenas en la GBM, seguramente debido a las asociaciones
obligatorias en el ensamblaje macromolecular de la supraestructura
de la GBM. Esto da como resultado la presencia de las cadenas
\alpha1(IV) y \alpha2(IV) a lo largo de todo el
grosor de la GBM. Por lo tanto, los receptores del colágeno de tipo
IV en la superficie de las células epiteliales viscerales en el
riñón de Alport (es decir, el riñón de un individuo con síndrome de
Alport) están en contacto directo con una GBM de composición de
cadenas de colágeno de tipo IV no característica. Al menos un
estudio se ha dirigido a la capacidad relativa de las células
epiteliales viscerales para adherirse al colágeno de tipo IV con
estas diferentes composiciones, y se ha encontrado que se adhieren
significativamente mejor en la membrana basal compuesta de las
cadenas nuevas, cuando se compara directamente con las cadenas
clásicas \alpha1(IV) y \alpha2(IV). Esta adhesión
se podía bloquear con anticuerpos contra el receptor de integrina
\alpha3.
Se creó un modelo de ratón para la forma
autosómica del síndrome de Alport mediante mutagénesis dirigida del
gen de procolágeno COL4A3 (Cosgrove y col., Genes Dev.,
10:2981 - 2992, 1996). El modelo animal desarrolla una
glomerulonefritis progresiva con inicio de proteinuria
aproximadamente a las 4 semanas de edad y una edad media de muerte
por insuficiencia renal de aproximadamente 8,5 semanas en el
antecedente 129Sc/J congénito. Los cambios ultraestructurales en el
GBM se observan tan pronto como con 1 semana de edad, y por toda la
GBM de la mayoría de los glomérulos a las 3 semanas de edad, mucho
antes del inicio de la proteinuria. Los componentes de la matriz
extracelular, incluidos la laminina 1, proteoglicano sulfato de
heparina, fibronectina y entactina, se acumulan en la GBM. Este
ratón en el presente documento se denomina el ratón
"Alport".
La acumulación de la matriz extracelular en la
GBM y el mesangio en función del avance de la enfermedad renal es
una característica que comparten una variedad de enfermedades
glomerulares, tanto los pacientes como los sistemas de animales
experimentales. Véase, por ejemplo, Goyal & Wiggins, Am. Soc.
Nephrol, 1:1334-1342, 1991; Wilson y col.,
Contrib. Nephrol. Basel, Karger, 118:126-134,
1996; Razzaque y col., Clin. Nephrol.,
46:213-214, 1996; Yoshiokay col., Kidney
Int., 35:1203-1211, 1989; y Klahr y col., N.
Engl. J. Med., 318:1657-1666,1988. En la
diabetes, se cree que el mediador principal de este efecto es la
exposición prolongada a proteínas del suero no glucosiladas
enzimáticamente que resulta de los niveles de glucosa altos crónicos
(Doi y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
89:2873-2877, 1992; y Roy y col., Clin.
Invest., 93: 483-442, 1994).
Para la mayoría de los trastornos glomerulares
progresivos, parece que la sobreproducción del factor de crecimiento
transformante TGF-\beta1 está muy asociada con la
acumulación de matriz extracelular que conduce a la fibrosis (es
decir, la formación de tejido fibroso). Véase, por ejemplo, Border
& Ruoslahti, Nature (London),
346:371-374, 1992; Yang y col., J. Am. Soc.
Nephrol., 5:1610-1617, 1995; y Yamamoto y col,
Kidney Int., 45:916-927, 1994. En un modelo
animal de nefritis autoinmune, la inyección con anticuerpos para
TGF-\beta1, o de oligonucleótidos antisentido
para el correspondiente ARNm inhibía la glomerulonefritis progresiva
y la acumulación de matriz extracelular (Border y col., Nature
(London), 346:371-374, 1990; y Akagi y col.,
Kidney Int., 50:148-155, 1996).
Se ha estimado que la semivida del colágeno de
la membrana basal en la GBM de la rata es entre 16 y 40 días basado
en los estudios de seguimiento y pulsado con
^{3}H-prolina (Daha y col., Nephron.
22:522-528, 1978). Esto es muy lento en relación
con el ciclo metabólico de proteoglicanos sulfato de heparina
(t_{1/2} = 20 horas) u otras moléculas sulfatadas en la GBM
(t_{1/2} = 20-60 horas). La acumulación de
proteínas de la membrana basal en la GBM del modelo de ratón Alport
(Cosgrove y col., Genes Dev., 10:2981-2992,
1996) probablemente es el efecto neto de los cambios tanto en la
síntesis como en la degradación de estas proteínas. De las
proteasas implicadas en el ciclo metabólico tanto de la GBM como de
la matriz mesangial, las más caracterizadas son las
metaloproteinasas MMP-2 (colagenasa de 72 kD) y
MMP-9 (colagenasa de 92 kD), así como
MMP-3 (estromolisina-1). Estas
enzimas degradarán el colágeno de tipo IV, además de una variedad
de otros componentes de la matriz extracelular.
Las células mesangiales (y probablemente otros
tipos de células glomerulares) también producen inhibidores
naturales de las metaloproteinasas. Las células llamadas TIMP
(inhibidores tisulares de metaloproteinasas, por sus siglas en
inglés Tissue Inhibitors of MetalloProteinases). Estas son
glicoproteínas de peso molecular relativamente bajo. De estas,
TIMP-1 es específica para la
estromolisina-1 y MMP-9, mientras
que TIMP-2 y TIMP-3 inhibirán
MMP-2 (Goldberg y col, Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 86:8207-8211, 1989; Staskus y col.,
Biol. Chem., 266:449-454, 1991; y
Stetler-Stevenson y col., J. Biol. Chem.,
264:17374-17378, 1989).
La modulación de las metaloproteinasas y sus
correspondientes inhibidores es probable que tengan una función en
el mantenimiento de niveles adecuados del ciclo metabólico de GBM.
Aunque se sabe poco en relación con la regulación de los genes que
codifican estas proteínas en el glomérulo, la transducción de
señales por la interacción de receptor de integrina/ECM (matriz
extracelular) puede ser un aspecto clave en este procedimiento.
Siguen siendo necesarios modelos animales para
el síndrome de Alport, en particular uno en el que se ralentice
significativamente el avance de la enfermedad. También siguen siendo
necesarias nuevas terapias para tratar enfermedades renales
asociadas con la expansión de la matriz mesangial, y la acumulación
progresiva de matriz en la membrana basal glomerular y el
intersticio tubular, incluido el síndrome de Alport y la diabetes
mellitus dependiente de insulina, por ejemplo.
El documento WO 97/11718 describe inhibidores de
la activación de un receptor de integrina para promover la curación
de heridas o trastornos fibróticos con menos cicatrización.
La presente invención proporciona diferentes
medios de tratamiento para tratar o limitar (es decir, retrasar el
inicio, ralentizar el avance, y/o invertir) un trastorno renal en un
paciente (preferiblemente, un mamífero y más preferiblemente un ser
humano). El trastorno renal preferiblemente incluye
glomerulonefritis renal, fibrosis renal, o ambos. Estas afecciones
pueden estar asociadas, por ejemplo, con el síndrome de Alport,
nefritis por DMDI, glomerulonefritis proliferativa mesangial,
glomerulonefritis membranoproliferativa, glomerulonefritis
crescéntica, nefropatía diabética y fibrosis intersticial renal.
En una realización, el procedimiento implica el
uso de un inhibidor del receptor de integrina \alpha1\beta1
para preparar una composición farmacéutica para tratar un trastorno
renal. Este inhibidor del receptor de integrina \alpha1\beta1
puede ser un agente bloqueante que se une al sitio de unión del
receptor de integrina \alpha1\beta1 en la superficie de una
célula renal. El agente bloqueante puede ser un fragmento de péptido
al menos nonámero de una proteína seleccionada del grupo que
consiste en laminina, fibronectina, entactina y colágeno de tipo 4.
Alternativamente, el agente bloqueante puede ser un anticuerpo.
También se pueden usar otros agentes que inhiben (es decir,
inactivan) el receptor de integrina \alpha1\beta1 por otros
mecanismos.
En otra realización, el procedimiento implica el
uso de un inhibidor de TGF-\beta1 además del
inhibidor del receptor de integrina \alpha1\beta1 para preparar
una composición farmacéutica para tratar un trastorno renal. Estos
inhibidores se puede administrar de manera simultánea (p. ej., como
en una mezcla) o secuencial. El inhibidor de
TGF-\beta1 puede ser un agente que se una de forma
irreversible a TGF-\beta1 e inhiba su capacidad
para unirse a su receptor. Alternativamente, el inhibidor de
TGF-\beta1 puede ser un agente que inhibe la
capacidad de TGF-\beta1 para transducir señales al
núcleo de una célula renal. Este último tipo de inhibidor
preferiblemente es un inhibidor de calcineurina, tal como tacrolimus
(disponible en el comercio como FK506). También se pueden usar
otros agentes que inhiben (es decir, inactivan)
TGF-\beta1 por otros mecanismos.
Preferiblemente, la presente invención
proporciona medios para retrasar el inicio y/o ralentizar el avance
del síndrome de Alport en un paciente. En una realización, este
medio implica el uso de un agente que inhibe la transducción de
señales por un receptor de integrina \alpha1\beta1 de una célula
renal. En una realización, este medio implica bloquear un sitio de
unión del receptor de integrina \alpha1\beta1 en la superficie
de una célula renal del paciente. Estos medios se pueden potenciar
más mediante el uso de un inhibidor de
TGF-\beta1.
Preferiblemente, la presente invención también
proporciona medios para retrasar el inicio y/o ralentizar el avance
de la enfermedad renal en la diabetes mellitus dependiente de
insulina en un paciente. En una realización, este medio implica el
uso de un agente que inhibe la transducción de señales por un
receptor de integrina \alpha1\beta1 de una célula renal. En
otra realización, este medio implica el bloqueo del sitio de unión
del receptor de integrina \alpha1\beta1 en la superficie de una
célula renal. Este medio se puede potenciar además por el uso de un
inhibidor de TGF-\beta1.
Además, se proporcionan medios para limitar la
fibrosis renal en un paciente. En una realización, el medio implica
reducir la actividad de TGF-\beta1 en el paciente
a la vez que se inhiben los receptores de integrina
\alpha1\beta1 de las células renales del paciente. Esta
actividad se puede reducir usando un agente que se una de forma
irreversible a TGF-\beta1 e inhiba su capacidad
para unirse a su receptor. Alternativamente, esta actividad se
puede reducir usando un agente capaz de inhibir la capacidad de
TGF-\beta1 para transducir señales al núcleo de
una célula renal.
En otra realización más, se proporcionan medios
para limitar la acumulación de matriz en la GBM de un paciente con
síndrome de Alport. En una realización, el medio implica reducir la
actividad de TGF-\beta1 en el paciente. Esto se
puede llevar a cabo usando inhibidores de
TGF-\beta1 como se describe en el presente
documento.
En una realización particularmente preferida, se
proporciona un medio para limitar la fibrosis renal usando un
inhibidor de calcineurina, preferiblemente tacrolimus.
Además, la presente invención proporciona un
ratón que no expresa una composición de colágeno de tipo IV normal
en la GBM como resultado del silenciamiento del gen
\alpha3(IV) del colágeno. Es decir, el ratón no incorpora
las cadenas \alpha3(IV), \alpha4(IV) o
\alpha5(IV) del colágeno en la membrana basal glomerular
(por lo tanto, la GBM está compuesta enteramente por cadenas de
colágeno \alpha1(IV) y \alpha2(IV), con respecto
a su composición de cadenas de colágeno de tipo IV). Además, no
expresa el receptor de integrina \alpha1\beta1 como resultado
del silenciamiento del gen de la subunidad \alpha1.
En el ratón doblemente silenciado se produce el
inicio retrasado de proteinuria comparado con el modelo de ratón
Alport de la técnica anterior. Además, el animal vive casi el doble
que los Alport de la misma camada. Aproximadamente a las 8 semanas
de edad, que es la edad media de muerte en el ratón Alport, el ratón
doblemente silenciado muestra una patología glomerular notablemente
menor. Es decir, comparado con los ratones Alport de la misma edad,
el ratón doblemente silenciado tiene un daño ultraestructural
notablemente menor, con mucho menor enrarecimiento de la GBM y muy
poco borrado de los procesos pediculares de los podocitos. Además,
se produce la acumulación atenuada de la fibronectina, laminina 1 y
proteoglicano sulfato de heparina en la GBM, mientras que la
acumulación de entactina y colágeno de tipo IV no cambian, con
respecto al ratón Alport. Estos resultados indican que hay una
función específica para el receptor de integrina \alpha1\beta1
en la patogénesis de la enfermedad renal de Alport. Esto es
importante consi-
derando que el silenciamiento de la integrina \alpha1 individual no tiene un efecto evidente en la fisiología o función renal.
derando que el silenciamiento de la integrina \alpha1 individual no tiene un efecto evidente en la fisiología o función renal.
Este ratón se puede usar para estudiar el
síndrome de Alport, diabetes mellitus dependiente de insulina, y
otros trastornos que se caracterizan por glomerulonefritis y/o
fibrosis. Este ratón también se puede usar para cribar agentes que
se pueden usar para tratar el síndrome de Alport y la diabetes
mellitus dependiente de insulina y otros trastornos que se
caracterizan por deposición de la matriz extracelular y/o
fibrosis.
Además, la presente invención también
proporciona una composición farmacéutica que comprende un receptor
de integrina \alpha1\beta1 y un inhibidor de
TGF-\beta1.
la fig. 1 ilustra el inicio de proteinuria en
ratones Alport frente a mutantes dobles, que se estudió recogiendo
orina de los ratones a intervalos semanales. Los números indican la
edad (en semanas) de los ratones en el momento de recolección de la
orina. A = ratón Alport; B = ratón mutante doble; Mr = patrones de
peso molecular.
la fig. 2 ilustra el daño ultraestructural al
bucle capilar glomerular en ratones control y mutantes dobles. Se
recogió la corteza renal de ratones normales (A), Alport (B) y
mutantes dobles (C) a las 7 semanas, y se insertaron en resina
epoxídica. Se tiñeron las secciones ultrafinas y se analizaron por
microscopía de transmisión electrónica. Las flechas indican
procesos pediculares. C = lumen capilar; U = espacio urinario. Las
barras de aumento representan 0,5 \mum.
la fig. 3 proporciona los resultados del
análisis de inmunofluorescencia de las proteínas de la matriz
extracelular en ratones normales, Alport y mutantes dobles. Se
hicieron reaccionar criosecciones congeladas de corteza renal con
anticuerpos específicos para las proteínas de la matriz extracelular
indicadas en las etiquetas del eje Y. La señal se desarrolló usando
el anticuerpo secundario conjugado con fluoresceína adecuado, y las
imágenes se recogieron digitalmente y se procesaron usando el
software Cytovision Ultra (Applied Imaging, Inc.). Las flechas
indican bucles capilares glomerulares. 4A1,2 = cadenas de colágeno
\alpha1(IV) y \alpha2(IV); Lam-1
= laminina 1; Fib = fibronectina; HSP = proteoglicano sulfato de
heparina; ent = entactina. \alpha1 +/+ = homocigoto normal en el
gen de integrina \alpha1; \alpha1 -/- = homocigoto mutante en el
gen de integrina \alpha1; \alpha3(IV) +/+ = homocigoto
normal en el gen \alpha3(IV) de colágeno;
\alpha3(IV) -/- = homocigoto mutante en el gen
\alpha3(IV) de colágeno.
la fig. 4 muestra los resultados de los
análisis Northern de los ARNm totales del riñón durante el
transcurso de tiempo del avance de la enfermedad renal de Alport.
El ARN total aislado de riñones recogido en los momentos indicados
(semanas), se fraccionó en geles de agarosa desnaturalizantes, se
transfirió sobre nailon, y se trató con sonda de ADNc murino que
codificaba TGF-\beta1 o diferentes componentes de
la membrana basal glomerular y/o la matriz extracelular. Las sondas
usadas para generar los datos ilustrados en los paneles son las
siguientes: A, TGF-\beta1; B, colágeno
\alpha1(IV; C, colágeno \alpha2(IV); D,
fibronectina; E, entactina; F, cadena \beta1 de laminina; G,
cadena \beta2 de laminina.
la fig. 5 ilustra el análisis cuantitativo de
la inducción de ARNm durante el avance de la enfermedad renal de
Alport. Después de exposición a película de rayos X, se analizaron
las membranas usadas para producir la figura 4 usando un
Phosphoroimager BioRad GS-525. Los valores
representados indican el número de veces de inducción del ARNm
específico en la muestra Alport frente a la observada en los
normales de la misma camada. En todas las bandas se restó la señal
de fondo. La especie de ARNm específico analizado se indica en el
inserto.
la fig. 6 ilustra los análisis de hibridación
in situ de transcritos específicos en ratones Alport
post-preoteinúricos. Se analizaron los riñones de
los ratones normales de la misma camada (A, D, G y J) junto con los
de los ratones Alport (B, E, H y K). Las sondas antisentido eran
específicas para el dominio NC1 del colágeno \alpha1(IV)
(A y B), TGF-\beta1 (D y E), fibronectina (G y H),
entactina (J y K) o la cadena \beta1 de laminina (M y N). Se usó
una sonda específica para la \beta-galactosidasa
bacteriana como control para la unión no específica (C, F, I, L y
O).
la fig. 7 ilustra la tinción con
inmunoperoxidasa para TGF-\beta1 en secciones de
tejido de ratones normales y Alport. Las secciones insertadas en
parafina se tiñeron para la forma activa de
TGF-\beta1 usando la detección con
inmunoperoxidasa. P = podocitos; M = células mesangiales.
la fig. 8 ilustra el análisis de detección con
RNasa para el ARNm de TGF-\beta1 en la corteza
renal humana normal y Alport. Se aisló el ARN total de la corteza
renal humana normal y Alport, y se sometieron 10 \mug de cada uno
al análisis de protección de RNasa usando una parte radiomarcada del
mensaje antisentido de TGF-\beta1 humano como
sonda. El ensayo dio como resultado un fragmento protegido de 264
pb. Los marcadores de tamaño molecular son
MSP1-PBR322, y se indican los fragmentos adecuados
para comparar. N = normal; A = Alport.
la fig. 9 ilustra la transferencia Northern del
ARN de la corteza renal de ratones normales, Alport, deficientes en
integrina \alpha1, y deficientes tanto en integrina \alpha1 como
en colágeno \alpha3(IV). El ARN total se aisló de la
corteza renal de ratones de 7 semanas de edad (de la misma camada)
con los genotipos indicados +/+ = normal en ambos alelos; -/- =
mutantes en ambos alelos.
la fig. 10 es una micrografía de transmisión
electrónica de la GBM de un animal Alport de 7 semanas de edad al
que se ha inyectado un anticuerpo neutralizante específico para la
integrina \alpha1. Obsérvese el aspecto trilaminar regular de la
GBM y la ausencia de regiones focalmente engrosadas. El aumento es
10.500X.
la fig. 11 ilustra el efecto de los inhibidores
de TGF-\beta1 en la ultraestructura de la GBM en
el ratón Alport 129 Sv/J. Los animales se trataron con FK506 o el
receptor soluble de TGF-\beta1. La corteza renal
se insertó en resina epoxídica, se cortó, se tiñó con acetato de
uranilo y citrato de plomo y se analizó por microscopía de
transmisión electrónica. A = control; B = Alport no tratado; C =
Alport tratado con FK506; D = Alport tratado con el receptor de
TGF-\beta1 soluble. El aumento es 11.000X.
la fig. 12 es una micrografía electrónica de
barrido de glomérulos de ratones Alport 129 Sv/J tratados frente a
no tratados. La corteza renal de los ratones usados en la figura 11
se liofilizó, se resquebrajó, se tiñó con acetato de uracilo y
citrato de plomo, y los glomérulos expuestos se identificaron y
fotografiaron usando microscopio electrónico de barrido. A =
control; B = Alport no inyectado; C = ratón Alport tratado con
receptor soluble de TGF-\beta1. El aumento es
25000X.
la fig. 13 demuestra el efecto del tratamiento
con fármaco en la albúmina de la orina en ratones Alport 129 Sv/J.
Durante el transcurso del tiempo del tratamiento con fármaco, se
recogió la orina, se liofilizó, y el equivalente de 0,5 \mul se
fraccionó en un gel de poliacrilamida. El gel se tiñó con azul de
coomassie y se visualizó. Las dos primeras calles eran controles no
inyectados, las siguientes dos (grupo I) eran inyectados con FK506,
y el tercer grupo (grupo II) eran inyectados con el receptor de
TGF-\beta1 soluble. Los números en la parte
inferior representan la edad de los ratones en el momento de
recolección de la orina, en semanas. C = control; A = Alport.
la fig. 14 ilustra el efecto de los inhibidores
de TGF-\beta1 en la ultraestructura de la GBM en
los ratones doblemente silenciados. Los animales no se trataron o
se trataron con FK506 o receptor soluble de
TGF-\beta1. Se insertó corteza renal en resina
epoxídica, se cortó, se tiñó con acetato de uranilo y citrato de
plomo y se analizó por microscopía electrónica de transmisión. A =
control no inyectado; B = doblemente silenciado no inyectado; C =
doblemente silenciado tratado con FK506; D = doblemente silenciado
tratado con el receptor soluble para TGF-\beta1.
El aumento es de 8000X.
la fig. 15 ilustra un ejemplo de la arquitectura
glomerular normal en un ratón doblemente silenciado de 10 semanas
de edad tratado con inhibidores de TGF-\beta1.
Aproximadamente el 25% de los glomérulos en los ratones tratados
con inhibidor de TGF-\beta1 eran morfológicamente
indistinguibles de los de los animales control. Los animales no se
trataron, o se trataron con FK506. La corteza renal se insertó en
resina epoxídica, se cortó, se tiñó con acetato de uranilo y
citrato de plomo y se analizó por microscopía electrónica de
transmisión. A = control no inyectado; B = doblemente silenciado
tratado con FK506.
la fig. 16 demuestra el efecto del tratamiento
con fármaco en la albúmina de la orina en ratones doblemente
silenciados. Durante el transcurso del tiempo del tratamiento con
fármaco, se recogió orina, se liofilizó, y se fraccionó el
equivalente de 0,5 \mul en un gel de poliacrilamida. El gel se
tiñó con azul coomassie y se visualizó. La edad de los ratones en
el momento de recoger la orina se indica en la parte inferior de la
figura (en semanas). A = doblemente silenciado no inyectado; B =
doblemente silenciado al que se ha inyectado el receptor soluble; C
= ratón control al que se ha inyectado FK506; D = doblemente
silenciado al que se ha inyectado FK506.
la fig. 17 es una micrografía electrónica de
barrido de los glomérulos de ratones Alport frente a ratones
doblemente silenciados. Se liofilizó la corteza renal de animales de
7 semanas de edad, se resquebrajó, se tiñó con acetato de uranilo y
citrato de plomo y los glomérulos expuestos se identificaron y
fotografiaron usando un microscopio electrónico de barrido. A =
control; B = Alport; C = doblemente silenciado.
la fig. 18 muestra la tinción inmunofluorescente
doble para la cadena de laminina \alpha2 en ratones normales y
mutantes. La membrana basal glomerular se tiñó de verde usando un
anticuerpo primario específico para entactina y un anticuerpo
secundario conjugado con FITC. La cadena de laminina \alpha2 se
tiñó de rojo usando un anticuerpo secundario conjugado con rojo
Texas. La localización simultánea en los bucles capilares producía
tinción amarilla. El Grupo I son glomérulos de ratones de 7
semanas; A = control no inyectado; B = Alport no inyectado; C =
Alport al que se ha inyectado receptor soluble; D = doblemente
silenciado no inyectado. El Grupo II son glomérulos de ratones de 2
semanas de edad; A = control; B = Alport. Las flechas indican
inmunotinción en los bucles capilares de los
glomérulos.
glomérulos.
la fig. 19 es una micrografía de transmisión
electrónica de la GBM de un ratón de 2 semanas de edad normal
frente a uno Alport. La corteza renal se insertó en resina
epoxídica, se cortó, se tiñó con acetato de uranilo y citrato de
plomo y se analizó por microscopía electrónica de transmisión. A =
control; B = Alport.
la fig. 20 demuestra el efecto de los
inhibidores de TGF-\beta1 en la expresión, en el
riñón, de los ARN que codifican las moléculas de la matriz celular
o inhibidores de metaloproteinasas en ratones normales frente a
Alport. Se aisló el ARN total de los riñones de ratones normales de
7 semanas de edad (C) o Alport (A), que se trataron con FK506 (I) o
no se trataron (NI). Se fraccionaron los ARN en geles de agarosa
desnaturalizantes y se analizaron por hibridación con sondas
radiomarcadas que codificaban las moléculas de la matriz
extracelular o los inhibidores de metaloproteinasas. Después de la
hibridación, las membranas se lavaron y se expusieron a película de
rayos X. Las sondas usadas están indicadas a la izquierda de los
paneles. \alpha1(IV) = colágeno \alpha1(IV); fn =
fibronectina; ent = entactina; Timp2 = inhibidor de metaloproteinasa
Timp-2; Timp3 = inhibidor de metaloproteinasa
Timp-3.
la fig. 21 demuestra el efecto de los
inhibidores de TGF-\beta1 en la expresión, en el
riñón, de los ARN que codifican las moléculas de la matriz celular
o los inhibidores de metaloproteinasas en ratones normales frente a
doblemente silenciados. El ARN total se aisló de los riñones de
ratones de 10 semanas de edad normales (C) o doblemente silenciados
(Dko), que se trataron con FK506 (I), que se trataron con FK506 (I),
el receptor soluble de TGF-\beta1 (II), o no se
trataron (NI). Los ARN se fraccionaron en geles de agarosa
desnaturalizantes, y se analizaron por hibridación con sondas
radiomarcadas que codificaban moléculas de la matriz extracelular o
inhibidores de metaloproteinasas. Después de la hibridación, las
membranas se lavaron y se expusieron a película de rayos X. Las
sondas usadas están indicadas a la izquierda de los paneles.
\alpha1(IV) = colágeno \alpha1(IV); fn =
fibronectina; ent = entactina; Timp2 = inhibidor de metaloproteinasa
Timp-2; Timp3 = inhibidor de metaloproteinasa
Timp-3.
la fig. 22 ilustra la inhibición de la
acumulación de matriz en el intersticio tubular de ratones
doblemente silenciados usando inhibidores de
TGF-\beta1. Los riñones de ratones de 10 semanas
de edad normales o doblemente silenciados se insertaron en
plástico, y se tiñeron secciones 1 \muM usando el procedimiento de
metenamina-plata de Jones. A = riñón normal; B =
riñón doblemente silenciado, no inyectado; C = riñón doblemente
silenciado tratado con FK506; D = riñón doblemente silenciado
tratado con receptor soluble de TGF-\beta1.
la fig. 23 ilustra la inhibición de la
acumulación del colágeno de tipo I en el intersticio tubular de
ratones doblemente silenciados usando inhibidores de
TGF-\beta1. Los riñones de ratones de 10 semanas
de edad normales o doblemente silenciados se insertaron en
plástico, y se inmunotiñeron secciones 1 \muM usando anticuerpos
específicos para el colágeno de tipo I. La tinción se reveló usando
el kit de tinción de estreptavidina AEC de Vector laboratories. A =
riñón normal; B = riñón doblemente silenciado, no inyectado; C =
riñón doblemente silenciado tratado con FK506; D = riñón doblemente
silenciado tratado con receptor soluble de
TGF-\beta1.
la fig. 24 ilustra la inhibición de la
acumulación fibronectina en el intersticio tubular de los ratones
doblemente silenciados usando inhibidores de
TGF-\beta1. Los riñones de ratones de 10 semanas
de edad normales o doblemente silenciados se insertaron en
plástico, y se inmunotiñeron secciones 1 \muM usando anticuerpos
específicos para la fibronectina. La tinción se reveló usando el
kit de tinción de estreptavidina AEC de Vector laboratories. A =
riñón normal; B = riñón doblemente silenciado, no inyectado; C =
riñón doblemente silenciado tratado con FK506; D = riñón doblemente
silenciado tratado con receptor soluble de
TGF-\beta1.
La presente invención proporciona composiciones
farmacéuticas y su preparación para el ataque del mecanismo de la
enfermedad renal (es decir, enfermedad de riñón), una que pueda
ralentizar sustancialmente el inicio y/o el avance de los estados
patológicos, tales como la glomerulonefritis y fibrosis renal. Se
cree que las composiciones farmacéuticas de la presente invención
pueden incluso invertir dichas afecciones. En particular, la
invención proporciona composiciones farmacéuticas y su preparación
para el tratamiento de la enfermedad renal asociada con la
presencia de o con un riesgo mayor de desarrollar glomerulonefritis
y fibrosis renal en los glomérulos renales, como ocurre en la
glomerulonefritis mesangial proliferativa, glomerulonefritis
membranoproliferativa, glomerulonefritis crescéntica, nefropatía
diabética y fibrosis renal intersticial. La glomerulonefritis
implica el daño glomerular típicamente asociado con irregularidades
de engrosamiento, adelgazamiento y/o división en la GBM. Esto puede
terminar en la ruta común de la fibrosis tubulointersticial. Estas
afecciones en general se caracterizan por la aparición de
miofibroblastos y la acumulación de matriz (incluyendo el colágeno
de tipo I, fibronectina, laminina y colágeno de tipo IV) en el
intersticio tubular. La eficacia de los agentes terapéuticos en la
presente invención se puede determinar evaluando una o más de esas
características.
La invención también proporciona un ratón para
estudiar procedimientos y para el cribado de agentes para tratar
pacientes con enfermedad renal asociada con la presencia de o con un
riesgo mayor de desarrollar una acumulación de matriz extracelular
en general, y en particular en los glomérulos renales y el
intersticio tubular. Así, en una realización, la presente invención
proporciona un ratón para el síndrome de Alport. Este ratón incluye
un receptor de integrina \alpha1\beta1 inactivado combinado con
una molécula de colágeno (tipo IV) inactivada. En una realización
preferida, la molécula de colágeno (tipo IV) se inactiva por la
interrupción de la expresión de la subunidad \alpha3 del colágeno
(tipo IV). Como resultado, el ratón no incorpora las cadenas
\alpha3(IV), \alpha4(IV) o \alpha5(IV)
del colágeno en la GBM.
Este ratón se puede usar en procedimientos para
ensayar agentes para tratar la disfunción renal, como ocurre en el
síndrome de Alport, diabetes mellitus dependiente de insulina, y
otras enfermedades renales, en las que la enfermedad temprana se
caracteriza por la expansión de la matriz mesangial y proliferación
de células mesangiales asociado con el daño de la membrana basal
glomerular, caracterizado por el engrosamiento, adelgazamiento,
división y borrado de los procesos pediculares de los podocitos de
la membrana basal, o cualquier combinación de los mismos.
En una realización preferida, la invención
proporciona inhibidores para bloquear o inactivar de otra forma la
función del receptor de integrina \alpha1\beta1 como
procedimiento para retrasar el inicio (medido por la aparición de
albúmina en la orina) o ralentizar el avance (medido por la
velocidad a la que aumenta el nivel de albúmina sérica en la orina)
o incluso invertir (medido por la velocidad a la que disminuye el
nivel de albúmina sérica en la orina) de la glomerulonefritis y/o
fibrosis (puesto de manifiesto por la aparición de miofibroblastos
y la acumulación de matriz extracelular, incluyendo laminina,
fibronectina, colágeno de tipo I y colágeno de tipo IV en el
intersticio tubular) en el avance de la enfermedad glomerular. Se
pueden usar una variedad de agentes sintéticos o naturales, que se
describen a continuación con más detalle.
En otra realización más, la invención se dirige
a la función de TGF-\beta1 en la patogénesis de la
enfermedad renal de Alport y otras de dichas enfermedades renales.
Se observa un aumento pronunciado de los niveles de ARNm para
TGF-\beta1 después del inicio de proteinuria en el
ratón usado en el presente documento. La hibridación in situ indica
que los podocitos, que producen poco o no producen ARNm para
TGF-\beta1 antes del inicio de la proteinuria,
expresan ARNm para TGF-\beta1 en abundancia
después del inicio de la proteinuria hasta la etapa final de
insuficiencia renal. Aproximadamente al mismo tiempo, se observa la
activación de los ARNm que codifican la fibronectina, COL4A1 y
COL4A2 y entactina. Por lo tanto, disminuir el nivel de
TGF-\beta1 es otro mecanismo para tratar las
afecciones renales tales como la glomerulonefritis y/o fibrosis. Los
efectos de la inhibición de la actividad de
TGF-\beta1 se puede medir determinando el momento
de aparición (el inicio) y la velocidad de aumento de la albúmina
en la orina y/o aparición de miofibroblastos (en el intersticio
tubular) y/o acumulación de moléculas de la matriz extracelular en
la GBM y el intersticio tubular.
En otra realización, mediante el uso de
inhibidores de TGF-\beta1 en ratones Alport
deficientes en integrina 1, la invención se dirige a la sinergia de
un tratamiento de combinación de inhibidores de integrina
\alpha1\beta1 e inhibidores de TGF-\beta1 en
la ralentización del inicio y avance de la glomerulonefritis, y/o
prevención de la fibrosis.
Un aspecto importante para tratar pacientes con
síndrome de Alport y otras enfermedades asociadas con el daño
glomerular progresivo asociado con irregularidades de engrosamiento,
adelgazamiento o división en la GBM y que terminan en la ruta común
de la fibrosis tubulointersticial caracterizada por la aparición de
miofibroblastos y la acumulación de matriz (incluyendo colágeno de
tipo I, fibronectina, laminina y colágeno de tipo IV) en el
intersticio tubular, es determinar la causa y/o el mecanismo del
avance de la enfermedad. Por ejemplo, aunque las mutaciones en los
genes \alpha3(IV) o \alpha4(IV) del colágeno dan
como resultado las formas recesivas autosómicas del síndrome de
Alport, y las mutaciones en el gen \alpha5(IV) dan como
resultado la forma de la enfermedad ligada al cromosoma X, estas
mutaciones por si mismas no "producen" la insuficiencia renal
progresiva. En su lugar, la ausencia de colágeno
\alpha3(IV), \alpha4(IV) o \alpha5(IV)
parece que produce la persistencia de la GBM de tipo embrionario
compuesta de cadenas de colágeno \alpha1(IV) y
\alpha2(IV). Esta GBM de tipo embrionario es un filtro
glomerular adecuado durante aproximadamente la primera década de
vida en seres humanos (o aproximadamente las tres primeras semanas
en el modelo de ratón). Sin embargo, parece que después de este
tiempo la GBM de tipo embrionario no funciona eficazmente. Por
ejemplo, en un paciente con síndrome de Alport, los estudios
ultraestructurales de la GBM de un paciente de 9 años de edad con el
síndrome de Alport pusieron de manifiesto una ultraestructura
relativamente normal (Cangiotti y col., Nephrol. Dial.
Transplant., 11:1829-1834, 1996). Sin embargo, a
la edad de 18, la ultraestructura de la GBM del mismo paciente
indicaba glomerulonefritis de Alport avanzada.
En el síndrome de Alport, la membrana basal en
seres humanos es relativamente normal hasta entre los 5 y 10 años
de edad cuando se puede seguir la pérdida de integridad de la
membrana basal por un aumento progresivo de la albúmina en la
orina. Los estudios de biopsia han confirmado que la ultraestructura
de la membrana basal es normal en pacientes Alport
pre-proteinúricos. Desde el punto de vista
ultraestructural, la enfermedad de la GBM se pone de manifiesto por
un engrosamiento y adelgazamiento irregulares de la GBM. Se cree que
la división de la membrana explica la microhematuria (es decir,
número pequeño de eritrocitos detectables en la orina) observada
junto con la proteinuria.
Se sabe poco respecto al mecanismo del inicio y
avance de la enfermedad renal de Alport; sin embargo, se ha
especulado que la acumulación de los componentes de la GBM y el
enrarecimiento de la GBM pueden deberse a una mayor susceptibilidad
de la membrana a la proteolisis, y/o mayor síntesis de moléculas de
la matriz debido a alteraciones en las rutas reguladoras
normales.
Por lo tanto, es necesario un modelo para el
síndrome de Alport debido a las limitaciones inherentes al estudio
de la especie humana. Los seres humanos presentan una variedad de
gravedades en el avance de la enfermedad, seguramente debido a
diferencias en los antecedentes genéticos. Los estudios
significativos que se dirigen a la naturaleza molecular del inicio
y avance de la enfermedad son logísticamente imposibles en seres
humanos, dificultando la investigación en la enfermedad renal de
Alport.
Se produjo un modelo de ratón para el síndrome
Alport autosómico por mutagénesis dirigida del gen que codifica la
cadena \alpha3(IV) del colágeno de tipo IV (Cosgrove y
col., Genes Devel., 10:2981-2992, 1996). El
modelo animal desarrolló una glomerulonefritis progresiva. Se
observaron cambios ultraestructurales en la GBM tan pronto como a
la semana de edad. Este ratón se denomina en este documento el ratón
"Alport".
También se produjo un ratón por mutagénesis
dirigida del gen que codifica la subunidad del receptor de integrina
\alpha1 (Gardner y col., Dev. Biol, 175:
301-313, 1996). Esta subunidad de integrina forma un
heterodímero con la subunidad de integrina \beta1 para formar el
heterodímero de integrina \alpha1\beta1 biológicamente activo,
que se encuentra en la superficie de las células mesangiales en el
glomérulo renal. El receptor de integrina 1\beta1 es el único
receptor de integrina que se encuentra en la matriz mesangial, donde
se localiza de forma exclusiva. Aparte de la adhesión alterada de
fibrocitos a las matrices de colágeno, el ratón silenciado no tiene
fenotipo evidente. Se desarrolla normalmente, es fértil, y vive un
tiempo de vida normal. No hay insuficiencia renal y no hay
diferencias evidentes en la composición molecular o ultraestructura
del glomérulo en estos ratones. Debido a que el receptor de la
integrina heterodímera \alpha1\beta1 es el único receptor de
integrina identificado en la superficie de las células mesangiales
en el glomérulo renal, era sorprendente que la ausencia de este
receptor no tuviera efecto en el desarrollo y/o función renales
normales. Esto sugiere que o bien no es necesario o bien que rutas
redundantes pueden compensar su ausencia.
La presente invención proporciona un nuevo ratón
doblemente silenciado (es decir, mutante doble). Este se desarrolló
cruzando la cepa de ratón silenciado para \alpha1 con la cepa
silenciada para \alpha3(IV) de colágeno (ratón Alport)
para producir mutantes que carecían tanto del gen de la subunidad de
receptor \alpha1 de integrina como del gen de
\alpha3(IV) del colágeno. Aunque la ausencia del receptor
de integrina \alpha1\beta1 aparentemente no tiene una función
en el desarrollo y función renales normales, puesto que la matriz
mesangial es el sitio de síntesis de las metaloproteinasas y
citocinas tales como TGF-\beta1, y las etapas
tempranas de la glomerulonefritis de Alport implican la
proliferación y expansión de células mesangiales de la matriz
mesangial, se cree que el receptor de integrina \alpha1\beta1
puede tener una función específica en la patogénesis renal.
Realmente, los estudios de silenciamiento doble de integrina
\alpha1 colágeno \alpha3(IV) son particularmente únicos
e importantes. La siguiente discusión describe muchas de las
características del ratón doblemente silenciado de la presente
invención.
Una buena valoración global de la integridad del
filtro renal es la proteinuria (es decir, la presencia de un exceso
de proteínas del suero en la orina). Como se ilustra en la figura 1,
el inicio de la proteinuria en el ratón doblemente silenciado se
retrasó al menos una semana y alcanzó el máximo aproximadamente de 9
semanas a aproximadamente 9,5 semanas frente a aproximadamente de 6
semanas a aproximadamente 6,5 semanas en la misma camada que los
Alport (es decir, que carecían del gen \alpha3(IV) del
colágeno, pero contenían el gen de la subunidad de integrina
\alpha1). El inicio y velocidad de aumento de la proteinuria (es
decir, la presencia de albúmina del suero en la orina) es una buena
medida para evaluar la eficacia de las composiciones farmacéuticas
de la presente invención. Los niveles de albúmina en el suero se
pueden medir por electroforesis en gel y tinción con azul coomassie
(experimento con el equivalente a 1 microlitro de orina) o ensayos
de tiras reactivas disponibles en el comercio. La edad media de
muerte debido a la insuficiencia renal es de aproximadamente 8 a
aproximadamente 9 semanas en ratones Alport independientemente de si
estos ratones tienen antecedentes 129 Sv/J o 129 Sv (se dejó que al
menos 10 ratones avanzaran a la etapa final para cada antecedente
genético para establecer este punto). Los ratones doblemente
silenciados viven una media de aproximadamente 15 semanas a
aproximadamente 16,5 semanas de edad.
Por lo tanto, la eliminación del receptor de
integrina \alpha1\beta1 tenía un efecto pronunciado en el
inicio y avance de la enfermedad renal de Alport. Además, los
ratones sin el receptor \alpha1\beta1 tenían mejor función
glomerular comparado con los otros ratones ensayados. En los
animales que no expresaban el gen \alpha3(IV) y eran
heterocigotos para la mutación de silenciamiento de \alpha1, había
una mejora intermedia de la función glomerular y avance de la
enfermedad que ilustra que la integrina \alpha1 tenía un efecto
dependiente de la dosis en el avance de la enfermedad renal de
Alport (es decir, la reducción de la expresión de la integrina
\alpha1 a la mitad proporcionaba un efecto protector que está
entre el ratón Alport y el doblemente silenciado). Este efecto
protector intermedio en animales Alport heterocigotos para la
mutación de la integrina \alpha1 ilustra que la inhibición
parcial del receptor de integrina \alpha1\beta1 proporciona
beneficios útiles. Esto es un descubrimiento importante puesto que
se aplica a terapias que implican la inhibición del receptor de
integrina \alpha1\beta1 cuando se usa en seres humanos.
Se llevó a cabo el análisis por microscopía
electrónica de transmisión de riñones de ratones de 7 semanas de
edad que eran normales en ambos alelos (control), nulos en colágeno
\alpha3(IV) y normales en integrina \alpha1 (Alport), o
nulos tanto en colágeno \alpha3(IV) como en integrina
\alpha1 (silenciamiento doble). Se escogió este momento ya que
los ratones Alport a esta edad están acercándose a la etapa final.
Los paneles elegidos para la figura 2 son representativos de al
menos 5 campos glomerulares diferentes. Como se ilustra en la
figura 2, el bucle capilar glomerular del ratón normal (figura 2A)
tenía una membrana basal trilaminar con grosor uniforme u procesos
pediculares regulares (los procesos pediculares en los tres paneles
se indican con flechas). El bucle capilar del ratón Alport (figura
2B) mostró membrana basal enrarecida con engrosamiento y
adelgazamiento focal (característicos de la enfermedad avanzada).
Los procesos pediculares se hinchaban apareciendo fusionados, una
propiedad que se cree afecta a la eficacia de la filtración renal.
En el ratón doblemente silenciado (figura 2C) la membrana basal
estaba notablemente menos afectada que la del ratón Alport (figura
2B). Aunque la membrana basal era más delgada que la del control,
estaba mucho menos enrarecida y los procesos pediculares de los
podocitos aparecían en gran medida normales. En el ratón Alport,
aproximadamente 40% de los glomérulos eran fibróticos, mientras que
sólo el 5% eran fibróticos en el mutante doble.
Los análisis de inmunfluorescencia se realizaron
usando corteza renal congelada tomada de los mismos animales usados
en al figura 2. El tejido se hizo reaccionar con anticuerpos
específicos para proteínas que se sabía que se acumulaban en la GBM
en función del avance de la enfermedad renal de Alport. Los
resultados en la Figura 3 ilustran que la distribución de las
cadenas de colágeno COL 4A1 (\alpha1(IV)) y 4A2
(\alpha2(IV)) era la misma tanto para los glomérulos en el
Alport como para los del mutante doble. En ambos casos, los bucles
capilares (indicados en todos los paneles de la figura 3 con
flechas) y la matriz mesangial eran positivos (figura 3B, C). La
laminina 1 mostró una marcada acumulación en la GBM del ratón Alport
comparado con el control (compárese la figura 3D con la figura 3E),
sin embargo, en el mutante doble (figura 3F), la acumulación de
laminina 1 se atenuaba marcadamente respecto a la de los glomérulos
en el Alport (figura 3E). La fibronectina normalmente se localiza
exclusivamente en la matriz mesangial, pero se encontró que se
localizaba en la GBM además de en la matriz mesangial en los
ratones Alport (figura 3H). Sorprendentemente, en el mutante doble
no se observa la acumulación de fibronectina en los bucles capilares
(figura 3I). Este resultado era muy reproducible. A diferencia de
esto, la tinción para el proteoglicano sulfato de heparina mostró
tinción atenuada en la matriz mesangial del mutante doble (figura
3L) comparado con el control (figura 3J) o el ratón Alport (figura
3K). La acumulación de entactina en la GBM se observó tanto en las
muestras de Alport como de mutante doble, sin diferencias
discernibles entre los dos (figuras 3N y 3O).
La combinación de estos datos ilustra que la
mutación nula de \alpha1 en el mutante doble produce una
ralentización del avance de la enfermedad renal de Alport. Esto
esta claro tanto a nivel fisiológico (inicio retrasado de la
proteinuria mostrado en la figura 1) como en el ultraestructural
(menor daño de la GBM y borrado de los procesos pediculares,
mostrado en la figura 2). Los estudios de inmunofluorescencia
proporcionados en la figura 3 ilustran que la eliminación del
receptor de integrina \alpha1\beta1 produce cambios específicos
en la acumulación de los componentes de la matriz extracelular
tanto en la GBM como en la matriz mesangial. Por lo tanto, la
presente invención implica procedimientos de tratamiento en los que
se bloquea el sitio de unión del receptor de integrina
\alpha1\beta1 en la superficie de una célula renal. Dichos
procedimientos de tratamiento se describen a continuación con más
detalle.
Además, la figura 9 muestra que, mientras que la
citocina TGF-\beta1 es inducida en el ratón
Alport, no es inducida en el ratón Alport que también alberga la
mutación de la integrina \alpha1. Por lo tanto, en ausencia de la
integrina \alpha1\beta1, no se observa la inducción de
TGF-\beta1, lo cual explica la disminución de la
acumulación de matriz en la membrana basal glomerular, y por lo
tanto, una disminución significativa de la velocidad a la que
avanza la enfermedad renal. Esta función de
TGF-\beta1 en la enfermedad renal se discute con
más detalle en la siguiente sección.
Los datos del presente documento establecen
claramente que TGF-\beta1 es inducido en un tipo
de célula glomerular específica (los podocitos) en los modelos de
ratón usados en el presente documento. La inducción del ARNm de
TGF-\beta1 se refleja por la inducción de los
genes que codifican las moléculas de la matriz que se sabe que se
acumulan en la membrana basal glomerular en función de la
glomerulonefritis progresiva en el modelo (p. ej., laminina,
fibronectina, entactina, y colágeno de tipo IV). Además, los datos
en el presente documento muestran que el
TGF-\beta1 es inducido por la corteza renal Alport
en seres humanos. Esto apoya la validez del modelo animal en su
capacidad para mimetizar que ocurre en el riñón Alport humano.
Para demostrar la función de
TGF-\beta1, se aisló el ARN total de riñones de
animales Alport y se trató con sondas radiomarcadas específicas
para las cadenas de colágeno \alpha1(IV) o
\alpha2(IV), entactina, la cadena \beta1 o \beta2 de
laminina, fibronectina o TGF-\beta1. Los
resultados en la figura 4 ilustran que los ARNm para todas estas
proteínas con excepción de la cadena \beta1 de laminina son
inducidos después del inicio de proteinuria en el modelo de ratón
Alport. También se llevaron a cabo las transferencias Northern para
este mismo periodo de tiempo para la laminina \alpha1, laminina
\beta2, laminina \gamma1, proteína central proteoglicano
sulfato de heparina, y las cadenas de colágeno \alpha4(IV)
y \alpha5(IV). No se observaron diferencias significativas
en los niveles de ARNm para estas otras proteínas de la membrana
basal cuando se comparaba el control con el mutante.
Se analizaron los resultados de los análisis
Northern para cuantificar directamente los cambios relativos en la
expresión de ARNm específico durante el transcurso del tiempo. La
figura 5 ilustra que la inducción de los niveles de ARNm específico
es apreciable primero a las 6 semanas de edad. A las 8 semanas, los
niveles de ARNm alcanzan el máximo, con los ARNm que codifican
TGF-\beta1 y fibronectina inducidos 6,6 y 9,4
veces frente al ratón control, respectivamente. Los niveles de ARNm
para el colágeno \alpha1(IV), \alpha2(IV) y la
entactina eran todos aproximadamente inducidos 3 veces más, la
semana 8. A diferencia de esto, no se observaron cambios
significativos en los ARNm que codifican las cadenas \beta1 y
\beta2 de laminina, determinado por las mismas transferencias
Northern de los ARN totales, en ningún punto del avance de la
enfermedad renal.
Los glomérulos comprenden solo un pequeño
porcentaje de la masa total del riñón. Los tipos de células
individuales dentro de los glomérulos comprenden un porcentaje
incluso menor. Por lo tanto, no es probable que las transferencias
Northern del ARN total de riñón detecten la inducción de mensajes
que deben ser específicos para los glomérulos o para un tipo de
célula glomerular particular. Para examinar si se inducían ARNm que
codifican TGF-\beta1 o los diferentes componentes
de la membrana basal en un tipo de célula glomerular particular, se
llevó a cabo la hibridación in situ usando sondas
antisentido marcadas con digoxigenina específicas para los ARNm. Los
resultados se muestran en la figura 6. En ratones normales, los
transcritos para TGF-\beta1 (figura 6D),
fibronectina (figura 6G) y laminina \beta1 (figura 6M) se
localizan exclusivamente en las células mesangiales, mientras que
en los ratones Alport, los mismos transcritos (figura 6 E, H y N,
respectivamente) se localizan claramente en los podocitos (el
anillo de células en la parte exterior de los glomérulos), lo que
ilustra la activación de genes en este tipo de célula glomerular.
La activación de podocitos del colágeno \alpha1(IV)
también es evidente (compárese la figura 6B con la 6A). La
activación de genes que codifican las proteínas de la matriz en los
podocitos glomerulares podía producir cambios en la composición de
la
GBM.
GBM.
Los datos de la proteína
TGF-\beta1 basados en la detección con
inmunoperoxidasa usando anticuerpos específicos para la isoforma
activa de la citocina corroboran los datos obtenidos en el análisis
de hibridación in situ para el ARN mensajero de
TGF-\beta1. Los datos mostrados en la figura 7
ilustran que la expresión elevada del ARN mensajero de
TGF-\beta1 en los podocitos se traduce en nivel
elevado de proteína.
Puesto que los datos para
TGF-\beta1 se adquirieron usando un modelo de
ratón, se llevaron a cabo análisis de protección de RNasa para
determinar si los niveles de ARNm para la citocina también son
elevados en la corteza renal humana de pacientes con Alport frente
a control. Los datos en la figura 8 ilustran una elevación de
3-4 veces del ARN mensajero de
TGF-\beta1 en la corteza renal humana de pacientes
con Alport frente a control. Esto demuestra que la citocina también
es sobreexpresada en los riñones Alport humanos. Por lo tanto, la
inhibición de la actividad de TGF-\beta1
proporciona un protocolo de tratamiento razonable para el síndrome
de Alport, en particular para limitar y preferiblemente incluso para
prevenir, la acumulación de matriz en la GBM.
Como se ha discutido antes, la figura 9 muestra
que mientras que TGF-\beta1 es inducido en el
ratón Alport, no es inducido en el ratón doblemente silenciado que
también alberga la mutación de la integrina \alpha1. Por lo
tanto, en ausencia de la integrina \alpha1\beta1, no se observa
inducción de TGF-\beta1, lo cual explica la
disminución de la acumulación de matriz en la membrana basal
glomerular, y por lo tanto, una disminución significativa de la
velocidad a la que avanza la enfermedad renal.
Es significativo que el bloqueo (o inactivación
de otra forma) del receptor de integrina \alpha1\beta1 y la
inhibición de TGF-\beta1 sea sinérgico en la
atenuación del inicio, avance y/o inversión de la enfermedad renal
(en particular la enfermedad renal de Alport). Este efecto sinérgico
se demuestra usando, por ejemplo, dos agentes diferentes que
bloquean la actividad de TGF-\beta1 de tres formas
diferentes. Se estudiaron ambos para asegurar que los resultados se
debían a la inhibición de la actividad de
TGF-\beta1, en lugar de a un efecto secundario
del tratamiento con fármaco.
El primer ejemplo es un fármaco producido por
Fujisawa Pharmaceutical Co., Ltd., Osaka, Japón, denominado
tacrolimus o FK506. Este fármaco se usa habitualmente como un
inmunosupresor para prevenir el rechazo después del transplante de
órganos. Funciona por inhibición de una subunidad crítica del
receptor de células T llamada calcineurina, que es una serina
treonina fosfatasa, y una parte crítica de la transducción de
señales del receptor de células T. Como se ha revisado
recientemente (Crabtree, Cell, 96:611-614,
1999), la calcineurina es una subunidad de una variedad de
receptores. Se ha publicado recientemente (Wang y col., Cell,
86:435-444,1996) que uno de esos receptores era el
de TGF-\beta1. El fármaco FK506 se ensayó como un
inhibidor de TGF-\beta1. Por lo tanto, el
tratamiento de ratones con la dosis adecuada de FK506 inhibirá la
transducción de señales del receptor de
TGF-\beta1 de tipo I/tipo II.
Puesto que FK506 tiene otros efectos biológicos
además de inhibir TGF-\beta1 (inmunosupresión
potente en la que la más notable es la inhibición del receptor de
células T), se evaluó un segundo inhibidor de
TGF-\beta1. Este segundo inhibidor es un fármaco
experimental en desarrollo de Biogen Inc., Cambridge, MA. Este
fármaco es un inhibidor competitivo de la citocina, que absorbe la
citocina activa en forma de complejo de receptor soluble inactivo.
Es una proteína de fusión murina TGF-\betaRII/IgG1
quimérica (véase, la publicación internacional WO 98/48024). Se
inyectaron 25 \mug del inhibidor a ratones por la vena de la cola
dos veces por semana en los experimentos descritos.
Puesto que el modo de actividad y los
potenciales efectos secundarios de FK506 y el inhibidor de
TGF-\beta1 soluble de Biogen son tan diferentes,
se concluyó que las observaciones hechas usando los sistemas de
modelo animal que eran concordantes con ambos fármacos, se debían a
la inhibición de la actividad de TGF-\beta1.
Se llevaron a cabo dos tipos de experimentos. Se
ensayaron ambos agentes usando el modelo de ratón 129 Sv/J (el
ratón Alport) para examinar los efectos biológicos de la propia
inhibición de TGF-\beta1. Segundo, se ensayaron
ambos agentes en el modelo de ratón doblemente silenciado para
examinar los efectos biológicos de la inhibición de la integrina
\alpha1\beta1 combinada con la inhibición de
TGF-\beta1. En todos los casos, los datos
presentados en el presente documento se repitieron al menos tres
veces con un grado de consistencia alto.
Cuando se inhibe TGF-\beta1 en
el modelo de ratón Alport hay algunos efectos beneficiosos. Hay una
mejora general de la morfología de la membrana basal, sin embargo,
todavía se observa borrado del proceso pedicular. Así pues,
TGF-\beta1 puede mejorar la morfología de la GBM
reduciendo la velocidad de acumulación de matriz, pero no tiene un
efecto significativo en los mecanismos subyacentes del borrado del
proceso pedicular. Esto significa que los inhibidores de
TGF-\beta1 dados solos, aunque proporcionan
mejora, no es probable que puedan mejorar todas las características
del síndrome de Alport u otros de dichos trastornos. En los ratones
doblemente silenciados, a las 10 semanas de edad, la mayoría de los
procesos pediculares parecían normales, sin embargo, había una
acumulación significativa de la matriz en la GBM. Si se tratan estos
mismos animales con cualquiera de los inhibidores de
TGF-\beta1 usados empezando a las 4 semanas de
edad, y se recogen los tejidos a las 10 semanas de edad,
aproximadamente el 30% de los glomérulos son ultraestructuralmente
indistinguibles de los de los ratones normales. Así pues, se pueden
lograr mejoras significativas en los protocolos de tratamiento
descritos en el presente documento, usando inhibidores de
TGF-\beta1 combinados con inhibidores del receptor
de integrina \alpha1\beta1.
Los datos de transferencia Northern de ARNm
específicos de riñones tomados de ratones Alport o ratones
doblemente silenciados con cualquiera de los inhibidores de
TGF-\beta1, demuestran que hay diferentes
distintas entre como afecta la mutación de
TGF-\beta1 o de integrina \alpha1\beta1 en la
expresión de esos mensajes que codifican las moléculas de la matriz
que se acumulan en la GBM. Los ARNm que codifican metaloproteinasas
(incluyendo metaloproteinasa de matriz 2 (MMP-2)) y
sus correspondientes inhibidores (incluyendo TIMP-2
y TIMP-3), que se cree que modulan la velocidad de
ciclo metabólico de moléculas que comprenden la GBM, también
afectan de forma diferente en ratones Alport frente a ratones
doblemente silenciados tratados con cualquiera de los inhibidores
de TGF-\beta1. Específicamente,
Timp-3, que se expresa con niveles muy altos en
ratones normales es suprimido en los ratones tanto Alport como los
doblemente silenciados. El tratamiento de ratones doblemente
silenciados con inhibidores de TGF-\beta1 evita la
supresión de TIMP-3, restableciendo el ARNm a los
niveles comparables con los observados en los ratones control
(figura 21).
En este mismo sentido, la expresión de la
laminina \alpha2 normalmente está estrictamente restringida a la
matriz mesangial. La deposición de laminina \alpha2 es el cambio
molecular más temprano identificado asociado con el inicio de la
enfermedad Alport de la GBM, que al mismo tiempo muestra como se
detecta primero el engrosamiento de la membrana basal. La
deposición de laminina \alpha2 en la GBM del ratón doblemente
silenciado no se observa, incluso a las 7 semanas de edad (figura
18, grupo 1D). La administración de inhibidores de
TGF-\beta1 a ratones Alport SV/J no inhibe la
deposición de laminina \alpha2 (figura 18, grupo 1C). Esto
resalta otra diferencia en como funcionan la integrina
\alpha1\beta1 frente a TGF-\beta1 en la
ralentización del avance de la enfermedad, confirmando con pruebas
porque un tratamiento combinado proporciona beneficios
sinérgicos.
Se cree que el fallo de
TGF-\beta1 para inhibir el borrado de los procesos
pediculares de podocitos está directamente unido a las
observaciones relacionadas con la laminina \alpha2. Las lamininas
forman heterotrímeros que consisten en una cadena alfa, beta y
gamma. En la membrana basal, se reticulan entre sí para formar una
superestructura de tipo lámina que es una parte integrante de la
membrana basal. Se sabe que las lamininas interaccionan con los
receptores de integrina, y tienen funciones importantes en la
diferenciación y mantenimiento de la función tisular. En ratones
normales, la GBM contiene predominantemente laminina 11, un
heterodímero de cadenas \alpha5, \beta2 y \gamma1. Se sabe
que esta laminina se une con afinidad alta al receptor de integrina
\alpha3\beta1 en la superficie de los podocitos. Muchos creen
que esta interacción tiene una función importante en el
mantenimiento de la arquitectura del citoesqueleto complejo que
forma los procesos pediculares. Los heterotrímeros de laminina que
contienen la cadena \alpha2 (laminina 2 y laminina 4) no se unen
a la integrina \alpha3\beta1. Por lo tanto, la presencia de la
cadena de laminina 2 en la GBM puede producir el borrado del
proceso pedicular observado por inhibición de la unión de la
integrina \alpha3\beta1 a su sustrato normal (laminina 11).
Como se ha mencionado, en el silenciamiento doble, se inhibe la
deposición de laminina \alpha2, lo cual se correlaciona bien con
el mantenimiento de procesos pediculares en esta cepa de ratón.
Las observaciones adicionales se refieren a la
fibrosis intersticial. La fibrosis intersticial se produce tarde en
el avance del síndrome de Alport. En el modelo del ratón Alport 129
Sv/J, se observa poca fibrosis antes de las 7 semanas, con una edad
media de muerte de 8 semanas. Sin embargo, en el doblemente
silenciado, el inicio de la fibrosis es a las 8 a 9 semanas, y
avanza hasta la edad media de muerte a las 15 semanas. Por lo
tanto, el silenciamiento doble es un modelo excelente para el
estudio de la fibrosis. Hay un desarrollo de fibrosis significativo
en el ratón doblemente silenciado, y esto se puede evitar en gran
medida usando inhibidores de TGF-\beta1.
En un aspecto la invención se refiere al uso de
inhibidores (p. ej., agentes bloqueantes) que bloquean o inactivan
de otra forma la función del receptor de integrina
\alpha1\beta1, para preparar un medicamento para retrasar el
inicio (medido como la aparición de niveles detectables de albúmina
del suero en la orina, usando un ensayo de tira reactiva disponible
en el comercio o procedimiento de electroforesis en gel y tinción de
gel), ralentizar el avance (determinado por la medición de la
velocidad a la que aumentan los niveles de albúmina en la orina en
función del tiempo, como se ha medido antes), o incluso invertir la
enfermedad glomerular, en particular la nefritis glomerular
progresiva y/o fibrosis. Esto incluye, por ejemplo, péptidos al
menos nonámeros de proteínas que se unen al receptor de integrina
\alpha1\beta1, tales como, pero sin limitar, laminina, colágeno
de tipo IV, fibronectina y entactina. Se puede crear la unión de
moléculas pequeñas en el sitio del receptor/ligando del receptor
\alpha1\beta1 basándose en los estudios de proteína/receptor de
integrina \alpha1\beta1. En esta invención se pueden usar
anticuerpos y fragmentos de anticuerpos que se unen específicamente
al sitio de unión del receptor de integrina \alpha1\beta1. Estos
anticuerpos o fragmentos de anticuerpos incluyen anticuerpos
policlonales, monoclonales, antiidiotipos, derivados de animales,
humanizados y quiméricos.
Se puede usar un agente (ligando artificial) que
bloquea el sitio de unión para el receptor de integrina
\alpha1\beta1 en las composiciones farmacéuticas de la presente
invención. Los ejemplos de dichos agentes incluyen, pero no se
limitan, un anticuerpo neutralizante, péptido, fragmento
proteolítico o similares. Se cree que dichos agentes bloquean la
transducción de señales por el receptor. La eficacia de dichos
tratamientos se puede determinar evaluando los efectos secuencia
abajo en la expresión de genes, por ejemplo, de
TGF-\beta1, fibronectina, cadenas de laminina,
etc., por los cambios morfométricos en las membranas basales
glomerulares, y/o la mejora del cribado glomerular que se pone de
manifiesto en la velocidad de inicio y avance de la proteinuria.
Un anticuerpo que neutralice la integrina
\alpha1\beta1 funciona como se proporciona en los ejemplos y en
la figura 10. Como ejemplo para ilustrar que un agente soluble capaz
de bloquear la interacción de la integrina \alpha1\beta1 con su
ligando produciría los mismos efectos en la patogénesis de la
enfermedad renal que la mutación de silenciamiento del gen
\alpha1, se obtuvo el anticuerpo descrito por Fabbri y col.,
Tissue Antigens, 48:47-51, 1996. Este
anticuerpo se inyectó (400 ng/inyección, tres veces por semana, por
vía intraperitoneal), y mostró que inhibía el daño basal glomerular
en el modelo de ratón Alport, principalmente de la misma forma
observada en el mutante doble.
En otro aspecto, la invención se refiere al uso
de agentes que disminuyen el nivel de TGF-\beta1
como medio para ralentizar la acumulación de matriz en el avance de
la enfermedad glomerular, en particular la glomerulonefritis
progresiva. Por lo tanto, dichos agentes se pueden usar para tratar
pacientes con síndrome de Alport y pacientes con diabetes mellitus
dependiente de insulina, así como otros que padecen en particular
glomerulonefritis progresiva, o cualquiera de dichos trastornos
caracterizados por la expansión de la matriz mesangial,
proliferación de las células mesangiales, deposición de la matriz
en la membrana basal glomerular que produce engrosamiento,
adelgazamiento, división u otra irregularidad, borrado de los
procesos pediculares de podocitos, o alguna combinación de las
manifestaciones listadas antes, todas las cuales culminan en la ruta
común de la fibrosis renal (para cuya prevención es particularmente
eficaz la terapia de combinación de inhibidores de integrina
\alpha1\beta1 e inhibidores de TGF-\beta1).
Para este fin, se pueden usar terapias con moléculas antisentido,
como se describen en la técnica, para bloquear la expresión de
TGF-\beta1 o la proteína receptor de integrina
\alpha1\beta1. Se pueden usar una variedad de agentes sintéticos
o
naturales.
naturales.
En las composiciones farmacéuticas de la
presente invención se puede usar un agente que neutraliza la
capacidad de la citocina TGF-\beta1 para
interaccionar con su receptor. Los ejemplos de dichos agentes
incluyen, pero no se limitan, un anticuerpo neutralizante, un
inhibidor de calcineurina (es decir, micrólido) tal como los
descritos en la patente de EE.UU. nº (5.260.301) (Nakanishi y col.)
(p. ej., FK506 o tacrolimus y compuestos estructuralmente
relacionados), un receptor soluble tal como el receptor de
TGF-\beta1 recombinante soluble descrito en la
publicación internacional WO 98/48024 (Biogen Inc.) (p. ej., una
proteína de fusión TGF-\betaRII/IgG1 quimérica
soluble), un fragmento de péptido del receptor, o parte de dicho
fragmento que tiene la capacidad de unirse de forma irreversible (o
estable) a la citocina e inhibir su capacidad para unirse con su
receptor. Además, se puede usar un agente que inhiba la capacidad
de TGF-\beta1 de transducir señales al núcleo. La
eficacia de dichos tratamiento se puede determinar evaluando los
efectos secuencia abajo en la expresión de genes, por ejemplo de
fibronectina, cadenas de laminina, etc., por los cambios
morfométricos en las membranas basales glomerulares, y/o mejora en
el cribado glomerular puesto de manifiesto por la disminución de la
velocidad de inicio y avance de la proteinuria.
En un ejemplo, se puede usar FK506 o
ciclosporina A para inhibir la parte de calcinuerina del receptor de
TGF-\beta1, inhibiendo la transducción de señales
por el complejo receptor, como se ha descrito para algunas otra
enfermedades renales (Wang y col., Cell
86:435-444,1996 y Miller y col., Endocrinol.,
3:1926-1934,1989), e inhibiendo así (por un
mecanismo desconocido) el inicio de proteinuria, como se ha descrito
para las mismas enfermedades renales (Callis y col., Pediatr.
Nephrol., 6:140-144, 1992). Antes de la presente
invención no se habían hecho dichas recomendaciones para el
síndrome de Alport, la diabetes mellitus o para las enfermedades
asociadas con un aumento de matriz extracelular en los glomérulos
renales.
En particular, la presente invención ilustra el
efecto de una terapia de combinación de inhibición del receptor de
integrina \alpha1\beta1 y de TGF-\beta1 que
tiene un efecto sinérgico para prevenir tanto la enfermedad
glomerular como la fibrosis asociada con el síndrome de Alport. Se
podría deducir que otras enfermedades que implican la expansión de
la matriz mesangial, la proliferación de células mesangiales, el
daño progresivo de la membrana basal, que se manifiestan por uno o
más de engrosamiento, adelgazamiento, división de la GBM, borrado
de procesos pediculares de los podocitos, o cualquier combinación de
los anteriores, también se beneficiará con este tratamiento.
Además, se ilustra la eficacia del tratamiento de combinación en la
prevención de fibrosis del intersticio tubular en el síndrome de
Alport. La fibrosis es una ruta común, cuyo mecanismo se cree que
es idéntico para todas las enfermedades renales para las que la
fibrosis está implicada. Por lo tanto, la eficacia de esta terapia
de combinación en el tratamiento de la fibrosis, debería ser
aplicable a todas las formas de fibrosis renal, independientemente
de la causa subyacente que inicia la ruta que conduce al a
fibrosis.
Los agentes usados en las composiciones
farmacéuticas de la presente invención se pueden administrar
combinados con un vehículo farmacéuticamente aceptable. Los agentes
de presente y invención se formulan en composiciones farmacéuticas
(es decir, formulaciones) para administrar a un mamífero, tal como
un paciente humano, en una variedad de formas adaptadas a la vía de
administración elegida. Las formulaciones en general incluyen
aquellas adecuadas para la administración parenteral (incluidas la
subcutánea, intramuscular, intraperitoneal e intravenosa) u otros
procedimientos que permiten la estabilidad de los agentes.
Los vehículos farmacéuticamente aceptables
adecuados pueden estar en forma de líquidos, semisólidos, sólidos
finamente divididos o combinaciones de los mismos. Las formulaciones
adecuadas para administración parenteral comprenden de forma
conveniente una preparación acuosa estéril del agente, o
dispersiones de polvos estériles que comprenden el agente y que
preferiblemente son isotónicas con la sangre del receptor. Los
agentes isotónicos que se pueden incluir en la preparación líquida
incluyen azúcares, tampones y cloruro sódico. Las soluciones del
agente se pueden preparar en agua, opcionalmente mezclados con un
tensioactivo no tóxico. Las dispersiones del agente se pueden
preparar en agua, etanol, un poliol (tal como glicerol,
propilenglicol, polietilenglicoles líquidos, y similares), aceites
vegetales, ésteres de glicerol, y mezclas de los mismos. La forma de
dosificación final es estéril y estable en las condiciones de
fabricación y almacenamiento. La fluidez necesaria se puede lograr,
por ejemplo, usando liposomas, usando el tamaño de partículas
adecuado en el caso de dispersiones o usando tensioactivos. La
esterilización de una preparación líquida se puede lograr por
cualquier procedimiento conveniente que conserve la bioactividad
del agente, preferiblemente por esterilización por filtración. Los
procedimientos preferidos para preparar polvos incluyen secado a
vacío y liofilización de las soluciones inyectables estériles. La
posterior contaminación microbiana se puede evitar usando diferentes
agentes microbianos, por ejemplo, agentes antibacterianos,
antivíricos y antifúngicos incluyendo parabenes, clorobutanol,
fenol, ácido sórbico, timerosal y similares. La absorción de los
agentes durante un periodo prolongado se puede lograr incluyendo
agentes para el retardo, por ejemplo, monoestearato de aluminio y
gelatina.
Además de los ingredientes mencionados, las
formulaciones de esta invención pueden incluir además uno o más
ingredientes auxiliares incluidos diluyentes, tampones,
aglutinantes, disgregantes, agentes tensioactivos, espesantes,
lubricantes, conservantes (incluyendo antioxidantes) y similares.
Las formulaciones se pueden presentar de forma conveniente en forma
de dosificación unitaria y se pueden preparar por cualquiera de los
procedimientos conocidos en la técnica de la farmacia.
Las dosificaciones útiles (es decir, cantidades
eficaces que proporcionan un efecto deseado) de los agentes
descritos en el presente documento, se pueden determinar comparando
su actividad in vitro y la actividad in vivo en
modelos animales. En la técnica se conocen procedimientos para
extrapolar las dosificaciones eficaces en ratones y otros animales,
a seres humanos. Por ejemplo, dosis de aproximadamente 150 mg por kg
a aproximadamente 300 mg por kg dos veces al día de agente para
inyección intravenosa. Las dosis adecuadas para administrar son, en
general, las que son suficientes para producir un efecto deseado,
tal como inducción de un aumento demostrable de la expresión de
enzima de fase II, u otra característica descrita en el presente
documento.
En los ejemplos se proporciona una descripción
de dos modelos animales diferentes. El primero es un modelo de
ratón "Alport" que no expresa el colágeno \alpha3(IV)
y es normal para la integrina \alpha1 y lo describen Cosgrove y
col., Genes Dev., 10:2981-2992, 1996, y el
segundo, que se denomina el ratón "doblemente silenciado", que
se obtuvo cruzando el ratón Alport con un ratón que era nulo para el
gen de la integrina \alpha1. Hay diferencias entre el ratón
Alport y el doblemente silenciado que sirven para ilustrar la
eficacia del bloqueo de la función de la integrina
\alpha1\beta1 en la ralentización de la enfermedad glomerular.
Estos efectos se describen con detalle.
El ratón Alport tiene un antecedente genético
puro 129 Sv/J y el ratón doblemente silenciado tiene un antecedente
129 Sv 97,5% puro. Una excepción de estos, son los animales que se
usaron para generar las figuras 4, 5 y 6. Estos experimentos se
llevaron a cabo pronto en la historia del modelo de ratón Alport, y
se generaron cruzando machos quiméricos con hembras C57 B1/6, y
después cruzando los heterocigotos resultantes para generar ratones
Alport homocigotos que serían la generación F2. Esta es la misma
generación de animales usados en la descripción original del modelo
de ratón Alport (Cosgrove y col., Genes Dev.,
10:2981-2992, 1996). Esto es habitual para los
estudios de silenciamiento de genes tempranos, puesto que acelera la
identificación del fenotipo silenciado. Los resultados obtenidos de
estos F2 con respecto a la inducción de ARNm específico, están de
acuerdo con los resultados obtenidos para el silenciado 129 Sv/J
puro. Hay que indicar que todos los experimentos que proporcionan
análisis comparativos de los ratones Alport frente a los ratones
doblemente silenciados se llevaron a cabo en cepas endogámicas.
Se examinó la función de
TGF-\beta1 en el avance de la enfermedad renal,
así como en el desarrollo de fibrosis en ambos modelos animales.
Esto se hizo examinando dos inhibidores diferentes de
TGF-\beta1 que funcionaban de formas muy
diferentes. El uso de dos inhibidores diferentes (FK506 y un
receptor de TGF-\beta1 soluble) proporciona la
prueba de que el efecto se debe a la inhibición de
TGF-\beta1 en lugar de a un efecto secundario del
agente usado. FK506 puede ser un agente terapéutico en el
tratamiento de la fibrosis progresiva relacionada con la
sobreexpresión de TGF-\beta1.
En el curso del análisis de los diferentes
modelos animales y los tratamientos con fármacos descritos, hay un
curso de evaluación específico que se mantiene siempre constante. Se
evaluaron tres áreas diferentes. Primero, se examinó la función
renal, que proporciona una valoración de la integridad en conjunto
del filtro glomerular. Esto se hizo examinando el resultado de la
albúmina del suero en la orina. Segundo, se examinó la integridad
estructural del tejido tanto a nivel de microscopio electrónico como
óptico. Se usaron los procedimientos tanto de microscopía
electrónica de transmisión como de barrido. Estos procedimientos se
diseñaron para determinar el grado de histopatología renal en esas
diferentes condiciones. Finalmente, se llevaron a cabo experimentos
de análisis molecular para examinar que cambios se producían en los
genes específicos y sus proteínas correspondientes como resultados
de esas condiciones diferentes. Estos se examinaron mirando los ARN
específicos usando transferencias Northern, hibridación in
situ y protección de RNasa, y usando detección
inmunohistoquímica para proteínas específicas. Cuando se repitieron
los procedimientos específicos para el análisis de diferentes
modelos animales y diferentes tratamientos con fármacos en
diferentes modelos animales, para evitar la redundancia ahora se
establece que los procedimientos se llevaron a cabo de forma
idéntica (de forma tan cercana como se puede esperar en la práctica
actual) en todos los casos, y por tanto se describen una vez y
después se hace referencia a ellos en los ejemplos específicos
posteriores.
Hay una variedad de técnicas y procedimientos
alternativos disponibles para los expertos en la materia, que de la
misma forma permitirán llevar a cabo con éxito la invención
pretendida. Todos los reactivos se obtuvieron de Sigma Chemical
Co., St. Louis, MO, salvo que se especifique lo contrario. La PBS
usada en todos los estudios descritos en el presente documento se
adquirieron en forma de comprimidos, y cada comprimido se
reconstituyó en 200 ml de agua para hacer pH 7,4, PBS de Sigma
Chemical Co., St. Louis, MO, número de producto
P-4417.
A. Análisis de proteínas: Las mediciones
iniciales de proteína en la orina se llevaron a cabo usando Albustix
(Miles Laboratories, Elkhart, IN) y leyendo las cantidades
relativas de la tabla de colores proporcionada con el kit.
Las muestras de orina se recogieron a intervalos
semanales y se fraccionaron 0,5 \mul por electroforesis por geles
de acrilamida desnaturalizantes al 10%. La proteína en los geles se
tiñó con azul coomassie y se fotografiaron. Se usó albúmina de
suero bovino como patrón de peso molecular.
A. Microscopía electrónica de
transmisión: Corteza renal externa recién sacada se trituró en
paraformaldehído al 4%, se dejó fijar durante 2 horas, y se
almacenó a 5ºC en PBS (pH 7,4). El tejido se lavó extensamente (5
veces durante 10 minutos cada vez a 4ºC) con tampón de Sorenson 0,1
M (el tampón de Sorenson estaba hecho combinando 100 ml de fosfato
sódico monobásico 200 mM y 400 ml de fosfato sódico dibásico 200 mM
con 500 ml de agua y se ajustó a pH 7,4), y posteriormente se fijó
en tetraóxido de osmio al 1% en tampón de Sorenson durante 1 hora.
Después el tejido se deshidrató en etanol graduado (al 70%, después
80%, después 90%, después 100% durante 10 minutos cada uno), y
finalmente en óxido de propileno y se insertaron en resina epoxídica
Poly/Bed 812 (Polysocuces, Inc., Warrington, PA) siguiendo los
procedimientos descritos por el fabricante. De forma breve, se
mezclaron 42 ml de polybed 812 con 26 ml de anhídrido
dodecilsuccínico (DDSA, Polysciences, Inc.) y 24 ml de anhídrido
metil-nádico (Polysciences Inc.). Se añadieron 1,5
ml de
2,4,6-tri(dimetilaminometil)fenol
como catalizador, y la resina activada se congeló en partes
alícuotas de 10 ml hasta que fuera necesario para insertar la
muestra. Los glomérulos se identificaron en secciones de 1 \mum
teñidas con azul toluidina y las secciones finas se cortaron con 70
nm de grosor usando un ultramicrotomo Ultracut E Reichert Jung
(Cambridge Instrument Co, Viena, Austria). Las secciones se
montaron en rejillas y se tiñeron con acetato de uracilo y citrato
de plomo usando procedimientos conocidos. Las secciones montadas en
rejilla se examinaron y se fotografiaron usando un microscopio
electrónico Phillips CM10.
B. Microscopía electrónica de barrido: Se
fijaron trozos pequeños (cubos de aproximadamente 2 mm) de corteza
renal en glutaraldehído tamponado con fosfato al 3%, y después se
fijaron en tetraóxido de osmio tamponado con fosfato al 1%. Después
las muestras se deshidrataron en etanoles graduados y se secaron al
punto crítico en dióxido de carbono. Después los cubos se
resquebrajaron en trozos tensándolos con el borde de una cuchilla
de afeitar, y se montaron con pegamento en matrices con la
superficie resquebrajada hacia arriba. La superficie se recubrió
por pulverización catódica con oro/paladio usando procedimientos
conocidos y se visualizaron con un microscopio electrónico de
barrido.
C. Tinción con
metenamina-plata de Jones: La tinción de Jones
se llevó a cabo insertando los riñones en parafina usando el
procedimiento descrito por Burns y Bretschschneider, Thin is in:
plastic embedding of tissue for light microscopy, Educational
Products División, American Society of Clinical Pathologists,
Chicago, IL, pp. 24-25, 1981.
A. Análisis por transferencia Northern:
Se sacaron los riñones y se congelaron inmediatamente en nitrógeno
líquido y se trituraron hasta un polvo en nitrógeno líquido usando
un mortero y mano de mortero. El polvo se solubilizó en reactivo
TRIZOL (GibCo/BRL, Grand Island, NY) usando 5 ml de reactivo por
riñón. El ARN total celular se extrajo de acuerdo con las
instrucciones del fabricante. Se fraccionaron 20 \mug de ARN en un
gel de agarosa/formaldehído/(MOPS) (ácido
3-(N-morfolino)propanosulfónico) al 1,0% por
electroforesis a 80V durante 4 horas. Los geles se sumergieron en
agua durante 45 minutos y se transfirieron a Hybond N (nailon no
cargado, New England Nuclear, Inc., Boston, MA) por transferencia
capilar toda la noche usando acetato de amonio 750 mM (en agua)
como tampón de transferencia. El ARN se reticuló con luz UV con la
transferencia usando un Stratalinker (Stratagene, Inc., LaJolla,
CA). Las transferencias se prehibridaron en una solución compuesta
de formamida al 50%, solución de Denhardt 10X, NaCl 1 M,
Tris-HCl 50 mM, pH 7,4, SDS al 1%, y 200 \mug/ml
de ADN de esperma de salmón desnaturalizado y sonicado (Sigma
Chemical Co., St. Louis, MO). Las sondas se marcaron (fragmentos de
sonda de ADNc marcados con ^{32}P) mediante cebado aleatorio a una
concentración de 10^{9} cpm/\mug usando un kit de marcaje de
ADN de cebado aleatorio (Boeringer Mannheim, Indianapolis, IN). Los
tampones de prehibridación e hibridación consistían en solución
salina-tampón de citrato sódico (SSC) 5X, solución
de Denhardt 5X, dodecilsulfato sódico (SDS) al 0,5% y 200 \mug/ml
de ADN de esperma de salmón desnaturalizado y sonicado. Los filtros
se prehibridaron durante al menos 5 horas y después se hibridaron
toda la noche usando 1 millón de DPM (desintegraciones por minuto)
de sonda por ml de solución de hibridación. Después los filtros se
lavaron en condiciones restrictivas (2 veces durante 30 minuto cada
vez a 65ºC en una solución compuesta de NaCl 300 mM, citrato sódico
30 mM, y dodecilsulfato sódico al 0,2% en agua) y se expusieron a
película de rayos X. La calidad de las preparaciones de ARN y la
consistencia de la carga se evaluó tiñendo los geles con bromuro de
etidio y barriendo las bandas de ARN ribosómico 18S y 28S usando un
instrumento de sistema de imagen digital Gel Imager 2000 y un
paquete de software (Applied Imaging, Santa Clara, CA). Las
relaciones adecuadas de las bandas ribosómicas confirmaron que las
preparaciones de ARN tenían una calidad alta y consistente. El
barrido densitométrico cuantitativo confirmó no más de un 10% de
variación en la carga de muestra. Se usaron estas herramientas en
lugar de una sonda de control por la preocupación de que los cambios
en la fisiología celular concomitantes con la fibrosis progresiva
hicieran las sondas no fiables. Se evaluaron las diferencias
cuantitativas de expresión por análisis de Phosphorimage usando un
Phosphorimager BioRad GS-525 (Bio Rad, Inc.,
Hercules. CA), y se restó la hibridación de fondo.
Las sondas se aislaron de una biblioteca de ADNc
desde 5' de riñón murino (Clonotech) por amplificación por PCR
usando la secuencia publicada para los diferentes ADNc de colágeno
de la membrana basal y los de las proteínas asociadas. Para las
sondas de colágeno de la membrana basal, se amplificó la secuencia
que codifica el dominio NC1 conservado. Los cebadores y las
condiciones usadas eran idénticas a las usadas por Miner y Sanes,
J. Cell Biol., 127:879-891, 1994. Para el
colágeno COL4A1, los cebadores eran (Muthukumaran y col., J.
Biol. Chem., 264:6310-6317, 1989): homosentido,
5'TCTGTGGACCATGGCTTC3' (ID SEC Nº: 1); antisentido,
5'TTCTCATGCACACTTGGC3' (ID SEC Nº: 2). Para el colágeno COL4A2, los
cebadores eran (Saus y col., J. Biol. Chem.,
264:6318-6324, 1989): homosentido,
5'GGCTACCTCCTGGTGAAG3' (ID SEC Nº: 3); antisentido,
5'TTCATGCACACTTGGCAG3' (ID SEC Nº: 4). Tanto COL4A1 como COL4A2 se
amplificaron en las mismas condiciones. Los viriones (a x 10^{6})
se sometieron a 35 ciclos de PCR usando un inicio caliente (10
minutos a 95ºC), después 95ºC durante 30 segundos, 55ºC durante 30
segundos, y 72ºC durante 1 minuto. Las sondas se subclonaron y se
verificaron por análisis de la secuencia de ADN.
Las sondas para las proteínas asociadas a la
membrana basal se amplificaron a partir de la misma biblioteca como
los colágenos de la membrana basal. Los cebadores se tomaron de la
secuencia 3'. Para la proteína nuclear HSPG, los cebadores eran
(Noonan y col., J. Biol. Chem.,
263:16379-16387, 1988): homosentido,
5'CGGGCCACATTCTCC3' (ID SEC Nº: 5); antisentido,
5'GGAGTGGCCGTTGCATT3' (ID SEC Nº: 6). Para la laminina B2, los
cebadores eran (Sasaki y Yamada, J. Biol. Chem.,
262:17111-17117, 1987): homosentido
5'ACCAGTACCAAGGCGGA3' (ID SEC Nº: 7); antisentido,
5'TCATTGAGCTTGTTCAGG3' (ID SEC Nº: 8). Para la laminina B1, los
cebadores eran (Sasaki y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
84:935-939, 1987): homosentido
5'TAGAGGTTATTTTGCAGCAGA3' (ID SEC Nº: 9); antisentido 5'
TTGGATATCCTCATCAGCTTG3' (ID SEC Nº: 10). Para la entactina, los
cebadores eran (Mann y col., EMBO Journal,
8:65-72, 1989): homosentido
5'GTGGTTTACTGGACAGACATC3' (ID SEC Nº: 11), antisentido,
5'CCAATCTGTCCAATAAAGG3' (ID SEC Nº: 12). Para la cadena A de
laminina, los cebadores eran (Duetzmann y col., Eur. J.
Biochem., 177:35-45, 1988): homosentido
5'ACACACTCCAAGCCCACAAAAGCAAG3' (ID SEC Nº: 13); antisentido
5'GAGGGAAGACTCCTTGTAGGTCAA3' (ID SEC Nº: 14). Para la
S-laminina, los cebadores eran (Hunter y col.,
Nature, 338:229-234, 1989):
5'GCAGAGCGGGCACGGAGC3' (ID SEC Nº: 15), antisentido
5'TGTACCTGCCATCCTCTCCTG3' (ID SEC Nº: 16). Las condiciones de la
PCR eran idénticas a las usadas para las cadenas de colágeno de tipo
IV anteriores.
Las sondas para MMP-2, Timp2 y
Timp3 se aislaron usando el ARN total de embriones de ratón de 13
días por RT-PCR. El cebador aplicado para
MMP-2 amplifica un fragmento de 237 pb a partir del
ARNm (Reponen y col., J. Biol. Chem.,
267:7856-7862, 1992), e incluía el cebador secuencia
arriba 5'CCC CTA TCT ACA CCT ACA CCA3' (ID SEC Nº: 17) y el cebador
secuencia abajo 5'TGT CAC TGT CCG CCA AAT AAA3' (ID SEC Nº: 18). El
cebador aplicado para Timp-2 amplifica un fragmento
de 195 pb del ARNm (Shimizu y col., Gene,
114:291-292, 1992), e incluía el cebador secuencia
arriba 5'CAG AAG AAG AGC CTG AAC CAC A3' (ID SEC Nº: 19) y el
cebador secuencia abajo 5'GTA CCA CGC GCA AGA ACC3' (ID SEC Nº:
20). El cebador aplicado para Timp-3 amplifica un
fragmento de 337 pb a partir del ARNm (Apte y col.,
Developmental Dynamics, 200:177-197, 1994), e
incluía el cebador secuencia arriba 5'GGT CTA CAC TAT TAA GCA GAT
GAA G3' (ID SEC Nº: 21) y el cebador secuencia abajo 5'AAA ATT GGA
GAG CAT GTC GGT (ID SEC Nº: 22). Para las tres sondas, se hizo la
transcripción inversa de 1 \mug del ARN total usando la
transcriptasa inversa Superscript plus de GibCo y el cebador
secuencia abajo, de acuerdo con los protocolos descritos por el
fabricante. Una décima parte de la reacción se sometió a 40 ciclos
de PCR con inicio en caliente usando PFU polimerasa (Stratagene,
Inc.).
La sonda de TGF-\beta1 fue un
regalo de H.L. Moses (Miller y col., Mol. Endocrinol.,
3:1926-1934, 1989), excepto para la protección de
RNasa que requería una sonda humana. Para esta sonda, se amplificó
un fragmento de 24 pares de bases de TGF-\beta1
por PCR, de la biblioteca de ADNc de riñón humano (Clonetech, Palo
Alto, CA). Los grupos de cebadores usados fueron GCA GAA GTT GGC
ATG GTA G (ID SEC Nº: 23) (inferior) y GGA CAT CAA CGG GTT CAC TA
(ID SEC Nº: 24) (superior). El fragmento se reamplificó con PFU
polimerasa (Stratagene) y se ligó con extremo romo en el plásmido
pBluescript SK+.
B. Hibridación in situ : Los
riñones se fijaron inicialmente por perfusión transcardiaca lenta
(usando paraformaldehído al 4% en PBS). Los animales primero se
anestesiaron profundamente usando Avertin
(2,2,2-tribromoetanol, Aldrich Chemical Co.,
Milwalkee, WI). Se abrió la cavidad pectoral, y se hizo un pequeño
agujero en el ventrículo derecho por punción con una aguja de
tuberculina para permitir la salida del perfusato. Se insertó una
segunda aguja de tuberculina conectada con una jeringuilla de 30 ml
que contenía tampón de perfusión en el vértice del ventrículo
izquierdo. Se perfusionó 1 ml de fijador por gramo de peso corporal
a una velocidad de aproximadamente 3 ml por minuto. Los riñones
adecuadamente fijados estaban firmes y tenían un aspecto amarmolado.
Después de la perfusión, se sacó la cápsula renal con fórceps Iris,
se cortaron los riñones por la mitad longitudinalmente (cortando en
dos la pelvis, médula y corteza) y se pusieron en fijador a 4ºC
durante una hora adicional. Las mitades fijadas se insertaron en
parafina, se cortaron a 6 \mum, y se transfirieron a portaobjetos
de microscopio SUPERFROST PLUS (Fisher Scientific, Inc., Pittsburg,
PA). Los portaobjetos se hornearon en un calentador de portaobjetos
a 60ºC durante 20 minutos y se almacenaron a 4ºC hasta usarlo (los
portaobjetos son útiles hasta 6 semanas). Los riñones de los
ratones control y Alport de la misma camada se insertaron lado con
lado para controlar las diferencias sutiles que podían haber
incurrido durante el procedimiento de hibridación.
Los portaobjetos se hornearon en un horno a
vacío a 60ºC durante 1 hora, después se desceraron mediante 3
lavados sucesivos de 2 minutos en xilenos. El tejido se deshidrató
en etanol, se desproteinó incubando en HCl 0,2 N durante 15
minutos, se lavó con PBS y se hizo digerir con proteinasa K 3
\mug/ml (Boehringer Mannheim, Indianapolis, IN) durante 10
minutos a 37ºC. La digestión se paró lavando en glicina 2 mg/ml en
PBS. Después de la deshidratación del tejido en soluciones de
etanol graduadas (70%, 80%, 90%, 100% durante 10 minutos cada uno,
a temperatura ambiente), el tejido se prehibridó, se hibridó, y se
lavó de acuerdo con los protocolos descritos con el kit de
hibridación in situ de Genius (Boehringer Mannheim,
Indianapolis, IN) con las siguientes modificaciones. En las
soluciones tanto de prehibridación como de hibridación, se incluyó
ARNt de levadura de panadería extraída en fenol/cloroformo 10
mg/ml. Esta etapa redujo significativamente la señal no específica.
Después de la hibridación, el tejido se lavó dos veces en SSC 2X a
50ºC, después se hizo digerir con RNasa A durante 6 minutos a
temperatura ambiente. La cantidad de RNasa A se determinó para cada
sonda (intervalo de 200 ng/ml a 5 \mug/ml). Las sondas de control
negativo incluyen la secuencia de codificación para
\beta-galactosidasa bacteriana o neomicina
fosfotransferasa. Todas las sondas tenían aproximadamente 200 bases
de longitud, se clonaron en el sitio SacI de BlueScript SK+
(Stratagene, Inc., LaJolla, CA), y se transcribieron (después de
linearización) desde el lado de T3. La única excepción era
TGF-\beta1, que tenía 974 bases y se clonó en un
vector pmT.
C. Ensayo de protección de RNasa: Se
llevaron a cabo experimentos usando un kit de RPAII (Ambion, Inc.,
Austin, TX) siguiendo los protocolos proporcionados con el kit.
Para una sonda se amplificó un fragmento de 264 bases de
TGF-\beta1 por PCR a partir de la biblioteca de
ADNc de riñón humano (Clonetech, Palo Alto, CA). Los conjuntos de
cebadores usados fueron GCA GAA GTT GGC ATG GTA G (ID SEC Nº: 25)
(inferior) y GGA CAT CAA CGG GTT CAC TA (ID SEC Nº: 26) (superior).
El fragmento se reamplificó con PFU polimerasa (Stratagene) y se
ligó con extremo romo en el plásmido pBluescript SK+ (Stratagene).
La sonda antisentido se generó a partir del promotor T7.
D. Análisis de inmunofluorescencia: Se
sacaron riñones recientes, se cortaron en secciones transversales de
3 mm de grosor, se insertaron en compuesto acuoso Tissue Tek OCT
(número de producto 4583, Miles Laboratories, Elkhart, IN), y se
congelaron poniéndolas en un refrigerador a -150ºC. Se cortaron
secciones de 3 \mum usando un criostato Microm tipo HM505N
(Zeiss, Inc., Walldorf, Alemania) y se descongelaron en portaobjetos
recubiertos con poli-L-lisina. Los
portaobjetos se fijaron durante 15 minutos sumergiéndolos en etanol
frío (-20ºC) al 95%, si se iban a usar para teñir con anticuerpos
específicos de colágeno de la membrana basal, o con acetona fría
(20º) para la tinción con anticuerpos específicos para las proteínas
asociadas a la membrana basal. Los portaobjetos se dejaron secar al
aire toda la noche, y se almacenaron desecados a -80ºC hasta su
uso.
Se dejó que las muestras alcanzaran la
temperatura ambiente, después se lavaron 3 veces en PBS (pH 7,4) a
temperatura ambiente). Para la tinción con anticuerpos contra los
colágenos de tipo IV, el tejido se pretrató con glicina 0,1 M y
urea 6 M (pH 3,5) para desnaturalizar la proteína y exponer los
sitios antigénicos. Las diluciones adecuadas (determinadas de forma
empírica) de los anticuerpos primarios se aplicaron a la muestra y
se dejaron reaccionar durante 3 horas a 5ºC en una caja
humidificada. Los anticuerpos se diluyeron en una solución de leche
en polvo sin grasa al 5% en PBS (pH 7,4). El uso de la leche en
polvo sin grasa redujo sustancialmente la fluorescencia de fondo.
Las muestras se lavaron 4 veces en PBS (pH 7,4) durante 10 minutos
cada vez a temperatura ambiente para separar el anticuerpo
primario, y después se hicieron reaccionar con el reactivo
secundario conjugado con FITC adecuado. Todos los reactivos
secundarios se usaron con una dilución 1:100 usando leche en polvo
sin grasa al 7% en PBS como diluyente. Los reactivos secundarios se
dejaron reaccionar durante 2 horas a 4ºC. Después los portaobjetos
se lavaron 4 veces con PBS frío (pH 7,4) seguido de la aplicación de
medio de montaje de antidecoloración (Vector Laboratories, Inc.,
Burlingame, CA). Las muestras se sellaron bajo los cubreobjetos
usando barniz de uñas transparente. Los portaobjetos se
fotografiaron con 1000X aumentos. La tinción con
metenamina-plata de Jones se llevó a cabo en la
muestra insertada en plástico.
El antisuero de cabra contra las cadenas COL4A1
y COL4A2 se adquirió en Southern Biotechnology, Inc., Birmingham,
AL. El fabricante ensayó en este anticuerpo la reactividad cruzada y
produjo un patrón de tinción en el glomérulo que estaba de acuerdo
con el observado para otras preparaciones de anticuerpos contra
estas cadenas (Miner y Sanes, J. Cell. Biol.,
127:879-891, 1994). El anticuerpo
anti-proteoglicano sulfato de heparina (HSPG) es un
anticuerpo monoclonal de rata cultivado contra la proteína central
HSPG purificada de tumor de ratón EHS. El fabricante ensayó la
reactividad cruzada del anticuerpo con laminina, colágeno de tipo
IV, fibronectina y entactina por transferencia western e
inmunoensayo de transferencia en mancha (Chemicon International,
Temecula, CA) y como se describe en otra parte (Horiguchi y col.,
J. Histochem. Cytochem., 37:961-970,
1989). Los anticuerpos
anti-laminina-1 son un antisuero de
conejo. El inmunógeno se purificó de la membrana basal de EHS y se
adquirió en Sigma Immunochemicals (St. Louis. MO). El inmunoensayo
por transferencia en mancha realizado por el fabricante (Sigma)
confirmaba la ausencia de reactividad cruzada del colágeno de tipo
IV, fibronectina, vitronectina y sulfatos de condroitina de tipos
A, B y C. La antifibronectina es un antisuero de conejo cultivado
contra la fibronectina purificada de plasma humano. El fabricante
(Sigma Immunochemicals) la ensayó frente a la reactividad cruzada
con el colágeno IV, laminina, vitronectina, y sulfato de condroitina
A, B y C usando inmunoensayo de transferencia en mancha. La
anti-entactina es un anticuerpo monoclonal de rata
producido usando entactina derivada de EHS como inmunógeno. Este
reactivo se adquirió de Upstate Biotechnology Incorporated, Lake
Placid, NY, y se ensayó la inmunorreactividad adecuada así como la
ausencia de reactividad cruzada con otros componentes mayoritarios
de la membrana basal (Ljubimov y col., Exp. Cell Res.,
165:530-540, 1986).
La inmunofluorescencia y la tinción de Jones se
registraron y se procesaron usando un microscopio de fluorescencia
RFLA Olympus BH2 en interfase con un sistema de análisis de imágenes
Applied Imaging Cytovision Ultra (Applied Imaging Inc.). Estas
imágenes se capturaron usando una cámara de vídeo en blanco y negro
de alta resolución. Estas imágenes se modificaron usando el sistema
de software. En el tratamiento de las imágenes se tuvo cuidado de
aproximar bien la fluorescencia observada directamente en el
microscopio.
E. Detección por inmunoperoxidasa: El
procedimiento de detección por inmunoperoxidasa se usó en la
inmunotinción para TGF-\beta1 en los glomérulos
así como para la fibronectina y colágeno de tipo I en el intersticio
tubular. El anticuerpo del colágeno de tipo I es antirratón de
conejo, y se adquirió en Biogenesis, Inc. (Sandow, NH). El
antisuero se usó con una dilución 1:100 para la tinción con
inmunoperoxidasa. El anticuerpo de fibronectina usado era el mismo
que para la tinción inmunofluorescente (un antisuero de fibronectina
antihumano de conejo de Sigma Chemical Company, St. Louis, MO) y se
usó con una dilución 1:100. Los reactivos secundarios eran
anticuerpos anticonejo biotinilados adquiridos en Vector
laboratories (Burlingame, CA) y se usaron con una dilución de
1:100. El tejido se insertó en parafina (usando el mismo
procedimiento descrito para la hibridación in situ) y se
cortó en secciones de 3 \mum. Las secciones desparafinadas se
pretrataron con 5 \mug de proteinasa K (Boehringer Mannheim,
Indianapolis, IN) en Tris-HCl 100 mM (pH 7,4) para
exponer los epítopos. La digestión con proteinasa se paró por
incubación en glicina 2 mg/ml en PBS durante 30 segundos. El tejido
tratado con proteinasa K descerado se lavó 3 veces con PBS y se hizo
reaccionar con el anticuerpo primario durante 1 hora a temperatura
ambiente, se lavó 3 veces con PBS y después se hizo reaccionar con
un anticuerpo secundario biotinilado durante 1 hora a temperatura
ambiente. Después de lavar 3 veces con PBS (pH 7,4), los
portaobjetos se incubaron con peroxidasa de rábano picante con
estreptavidina (3 \mug/ml, Vector Laboratories) durante 30
minutos a temperatura ambiente. Después de 3 lavados con PBS, se
reveló la unión del anticuerpo con el sistema de sustrato AEC
(Vector AEC SK-4200, Vector Laboratories) siguiendo
los procedimientos descritos por el fabricante.
Para TGF-\beta1, el anticuerpo
primario era TGF-\beta1
\alpha-humano de pollo (R&D Systems,
Minneapolis, MN) usado con una dilución 1:15 en leche en polvo sin
grasa al 7% en PBS (que se usó como diluyente para todos los
anticuerpos). Esto se dejó reaccionar durante al menos 3 horas a
temperatura ambiente. El anticuerpo secundario era un antipollo de
cabra biotinilado para TGF-\beta1 (Vector
Laboratories Burlingame, CA) y se aplicó con una dilución 1:100 y
se dejó reaccionar durante al menos 1 hora. Después de 3 lavados, la
detección de la inmunoperoxidasa se llevó a cabo usando un kit de
AEC (Vector Laboratories, Burlingame, CA).
Se creó un modelo de ratón para la forma
autosómica del síndrome de Alport por mutagénesis dirigida del gen
de procolágeno COL4A3 como se ha descrito previamente (Cosgrove y
col., Genes Dev., 10:2981-2992, 1996). Este,
en el presente documento, se denomina el "ratón Alport" y está
disponible en Jackson Laboratories en BarHarbor, Maine con nº de
acceso 2908. Este ratón silenciado para \alpha3(IV) que
tiene un antecedente de 129 Sv/J, se cruzó (5 retrocruzamientos
sucesivos con 129 Sv puro, después con el ratón nulo para integrina
\alpha1, que es 129 Sv puro), para producir un ratón "doblemente
silenciado" que es 129 Sv aproximadamente 97,5% puro. El ratón
silenciado para \alpha1 lo suministró Humphrey Gardner del Scripps
Institute en LaJolla, CA y lo describen Gardner y col., Dev.
Biol., 175:301-313, 1996.
Los ratones estudiados en este ejemplo incluían
ratones Alport, que no expresan colágeno \alpha3(IV) y son
normales para la integrina \alpha1 (disponible en Jackson
Laboratories of Bar Harbor, Maine), y doblemente silenciados (es
decir, mutantes dobles) que no expresan el colágeno
\alpha3(IV) ni la integrina \alpha1. Los mutantes dobles
tenían antecedentes 97,5% de 129 SV y 2,5% de Sv/J.
Se recogió la orina de los ratones a intervalos
semanales y el análisis de proteínas se llevó a cabo como se
describe en la sección de procedimientos. Como se muestra en la
figura 1, los animales no expresaban el colágeno
\alpha3(IV) y eran normales para la integrina \alpha1, la
edad media para el inicio de la enfermedad renal Alport (basado en
un estudio de 6 individuos), medido por el inicio de proteinuria,
era de 3,5 a 4 semanas. La proteinuria avanzaba rápidamente,
alcanzando niveles máximos entre las 6 semanas y 6,5 semanas de
edad. La edad media de muerte debido a insuficiencia renal era
entre 8 semanas y 9 semanas de edad. Ningún animal de este genotipo
(se ensayaron 9) vivió más de 9 semanas. Los niveles de nitrógeno de
la urea en la sangre (BUN) se volvieron elevados de 7 semanas a 7,5
semanas de edad. En los mutantes dobles (se ensayaron 4 para estas
mediciones), el inicio de proteinuria era entre 5 semanas y 5,5
semanas de edad y avanzó más lentamente, alcanzando los niveles
máximos a las 9 a 9,5 semanas. La edad media de muerte debido a
insuficiencia renal era entre 15 semanas y 16,5 semanas. Los
animales desarrollaron BUN elevado entre las 10 semanas y 11 semanas
de edad.
Se analizaron 3 conjuntos diferentes de animales
(controles normales, animales que no expresan el gen de
\alpha3(IV) y normales para la integrina \alpha1
(ratones Alport), y mutantes dobles) a las 4 y 7 semanas de edad
usando una serie de técnicas diferentes.
Se llevó a cabo la microscopía electrónica de
transmisión para valorar la integridad de la membrana basal. A las
4 semanas de edad (no se muestran datos), los Alport de la misma
camada mostraron membranas basales enrarecidas en el 100% de los
bucles capilares glomerulares. Los mutantes dobles mostraron algo de
enrarecimiento de la membrana basal glomerular (GBM) (es decir,
engrosamiento, adelgazamiento y división irregulares), sin embargo,
era infrecuente y en general no extenso. Aproximadamente el 20% de
los glomérulos en los mutantes dobles no mostraron enrarecimiento
en absoluto de la membrana basal. Aproximadamente 5% de los
glomérulos en los ratones Alport en este mismo momento eran
fibróticos, mientras que no se encontraron glomérulos fibróticos en
los mutantes dobles de la misma camada. La figura 2 ilustra el grado
de daño de la membrana basal glomerular característico de los
diferentes ratones a las 7 semanas de edad. Se ilustra un bucle
capilar glomerular típico. La membrana basal glomerular en los
ratones Alport en este momento del desarrollo está gravemente dañada
en casi todos los glomérulos. En la figura 2B es evidente el grueso
engrosamiento y adelgazamiento irregular, y el borrado extensivo de
los procesos pediculares de los podocitos. Sin embargo, en el
doblemente silenciado (figura 2C) la GBM, en la mayor parte, es
ultraestructuralmente normal, con excepción de pequeñas
irregularidades, y los procesos pediculares de los podocitos
mantienen una arquitectura normal (compárense las regiones indicadas
por flechas para el ratón normal en la figura 2A con el ratón
doblemente silenciado en la figura 2C). En este momento entre 30% y
50% de los glomérulos en el ratón Alport eran fibróticos, mientras
que menos del 5% eran fibróticos en los mutantes dobles.
La microscopía electrónica de barrido de los
ratones de 7 semanas de edad (no se muestran los datos) indicaban
que los ratones Alport mostraban un hinchamiento significativo de
los procesos pediculares de los podocitos, destruyendo la
estructura normalmente elegante y compleja de estas células. Este
borrado de los procesos pediculares se ha descrito para la
glomerulonefritis de Alport. En los mutantes dobles, aunque la
arquitectura no es perfecta, es muy cercana a la observada en los
glomérulos de los ratones control. El hinchamiento de estos procesos
pediculares es responsable del bloqueo del filtro glomerular y
conduce a la uremia. Por lo tanto, este descubrimiento es
importante con respecto a la mejor función glomerular en el mutante
doble respecto a los Alport de la misma camada.
Los montajes de los riñones enteros insertados
en parafina de los ratones de 7 semanas de edad se tiñeron usando
el Método de Jones, y se contó el número total de glomérulos
fibróticos (no se muestran los datos). Prácticamente todos los
glomérulos de los ratones Alport estaban afectados en el mismo
grado. La mayoría mostró hipercelularidad glomerular y expansión de
la matriz mesangial, y aproximadamente un tercio eran fibróticos. A
diferencia de esto, los glomérulos de los ratones mutantes dobles
eran en gran medida normales con respecto a la matriz mesangial y
la celularidad. Aproximadamente el 25% no mostró pruebas de
proliferación celular mesangial y el 5% eran fibróticos. Los
análisis se repitieron en dos grupos deferentes de ratones con
resultados muy similares.
Se llevaron a cabo análisis de
inmunofluorescencia usando corteza renal congelada tomada de estos
mismos animales. Los tejidos se hicieron reaccionar con anticuerpos
específicos para proteínas que se sabe se acumulan en la GBM en
función del avance de la enfermedad renal de Alport. Estas incluían
laminina 1 (Lam-1) (usada con dilución 1:200),
cadenas \alpha1(IV) y \alpha2(IV) de colágeno (COL
4A1,2) (usada con una dilución 1:15), fibronectina (Fib) (usada con
una dilución 1:200), proteoglicano sulfato de heparina (HSP) (usado
con una dilución 1:100), y entactina (ent) (usado con una dilución
1:200). Todos los anticuerpos se diluyeron en leche en polvo sin
grasa al 7% en PBS. Los resultados se muestran en la figura 3. A las
7 semanas de edad, todos estos componentes eran significativamente
elevados en la GBM de los ratones Alport respecto a los controles.
En los glomérulos fibróticos, todos estos componentes eran
abundantes. En el mutante doble, la inmunotinción para las cadenas
\alpha1(IV) y \alpha2(IV) de colágeno era
comparable a la del ratón Alport en los glomérulos no fibróticos.
Esto es lo esperado, puesto que la composición del colágeno de tipo
IV de la GBM en el mutante doble es la misma que en el ratón Alport
(es decir, compuesta enteramente de cadenas \alpha1(IV) y
\alpha2(IV) de colágeno). La tinción para la laminina 1 y
el proteoglicano sulfato de heparina se redujeron significativamente
en la GBM de los mutantes dobles respecto a los ratones Alport
(compárese la figura 3F con 3E y la figura 3L con la figura 3K,
respectivamente), y no había una tinción evidente para la
fibronectina en la GBM de los mutantes dobles (figura 3I), que es
abundante en la GBM de los ratones Alport (figura 3H). La
inmunotinción de estas proteínas en la matriz mesangial era
comparable entre los ratones mutantes dobles y Alport, sin embargo
para el proteoglicano sulfato de heparina la tinción mesangial era
menor en los mutantes dobles (figura 3L) respecto a los controles
normales (figura 3J) o ratones Alport (figura 3K).
El análisis de transferencia Northern se realizó
usando el ARN aislado de la corteza renal total de ratones
normales, Alport y dobles mutantes de 7 semanas de edad. Se
fraccionaron 20 \mug de cada muestra de ARN en un gel de agarosa,
se transfirieron a nailon por transferencia capilar y se hibridaron
a una sonda radiomarcada correspondiente a una parte del ADNc de
TGF-\beta1 de ratón. Después de una serie de
lavados en condiciones muy restrictivas, la membrana se expuso a
película de rayos X. La figura 9 muestra que, aunque es inducido el
TGF-\beta1 en el ratón Alport (cuarta calle desde
la izquierda comparado con la segunda calle desde la izquierda que
es el control), no es inducido en ratones Alport que albergan la
mutación de la integrina \alpha1 (silenciamientos dobles)
(tercera calle desde la izquierda comparado con la segunda calle
desde la izquierda que es un control). Estos datos son los que
condujeron a los investigadores a especular si el efecto de los
inhibidores de \alpha1 podía ser mediado por la supresión de
TGF-\beta1. Por lo tanto, los siguientes
experimentos con inhibidor de TGF-\beta1 se
llevaron a cabo para aclarar esta cuestión.
Se recogieron tejidos de retrocruzados
F-2 de animales fundadores 129 Sv/J con el
antecedente C57 B1/6 (véase antes). Los experimentos se llevaron a
cabo al menos dos veces (una especie de dos grupos diferentes de
animales). Los resultados de los datos presentados en este
documento eran claros y consistentes.
Estos experimentos se llevaron a cabo para
ilustrar dos puntos. Primero, ¿hay una correlación temporal entre
la inducción del ARNm de TGF-\beta1 y los ARNm que
codifican las proteínas de la matriz que se acumulan en función del
avance de la enfermedad renal de Alport?, y segundo ¿estos ARNm son
realmente inducidos en los glomérulos? (Puesto que sólo el 5% del
peso húmedo de los riñones son de los glomérulos, la inducción del
ARNm específico en la corteza renal total se refiere más a la
cuestión de la fibrosis progresiva que a la glomerulonefritis).
Se aisló el ARN total de riñones de animales
Alport y control de la misma camada a intervalos de 2 semanas
empezando a las 6 semanas y terminando a las 12 semanas de edad. La
proteinuria en los ratones F2 usados en este estudio empieza cuando
los ratones tienen aproximadamente 5,5 a 6 semanas (no se muestran
los datos). El ARN se fraccionó en geles de agarosa
desnaturalizantes, se transfirieron a soportes de nailon, y se
añadieron sondas con radiomarcaje específico para las cadenas
\alpha1(IV) y \alpha2(IV) de colágeno, entactina,
la cadena \beta1 o \beta2 de laminina, fibronectina o
TGF-\beta1. Los resultados en la figura 4 ilustran
que los ARNm para todas estas proteínas, a excepción de la laminina
\beta1 son inducidos después del inicio de la proteinuria en el
modelo de ratón Alport.
También se llevaron a cabo transferencias
Northern para el mismo transcurso de tiempo para la laminina
\alpha1, laminina \beta2, laminina \gamma1, proteína nuclear
proteoglicano sulfato de heparina y las cadenas \alpha1(IV)
y \alpha2(IV) de colágeno (no se muestran los datos). No
había diferencias significativas en los niveles de ARNm para estas
otras proteínas de la membrana basal, cuando se compararon el
control con el mutante.
Los resultados de los análisis Northern se
analizaron usando un Phosphorimager para cuantificar directamente
los cambios relativos en la expresión del ARNm específico durante el
transcurso de tiempo. La figura 5 ilustra que la inducción de los
niveles de ARNm específicos, son evidentes primero a las 6 semanas
de edad, o aproximadamente en el momento en el que la proteína en
el espacio urinario alcanza los niveles máximos en los ratones F2
(Cosgrove y col., Genes Dev., 10:2981-2992,
1996). A las 8 semanas, los niveles de ARNm alcanzaron el máximo,
con los ARNm que codifican TGF-\beta1 y la
fibronectina inducidos 6,6 y 9,4 veces frente a los ratones control,
respectivamente. Los niveles de ARNm para el colágeno
\alpha1(IV) y \alpha2(IV) y la entactina fueron
todos inducidos aproximadamente 3 veces más la semana 8. A
diferencia de esto, no se observaron cambios significativos en los
ARNm que codifican las cadenas \beta1 y \beta2 de laminina,
determinado por las mismas transferencias Northern de los ARN
totales, en ningún momento del avance de la enfermedad renal.
Para examinar si los ARNm que codifican el
TGF-\beta1 o los diferentes componentes de la
membrana basal eran inducidos en un tipo de célula glomerular
particular, se llevó a cabo la hibridación in situ usando
sondas antisentido marcadas con digoxigenina específicas para los
ARNm. Los riñones se recogieron de ratones Alport F2 y normales
control de la misma camada de 10 semanas de edad, le siguió la
perfusión con paraformaldehído al 4% en PBS, y se trataron para el
análisis de hibridación in situ como se describe en la
sección de procedimientos. Las sondas antisentido eran específicas
para el dominio NC1 del colágeno \alpha1(IV),
TGF-\beta1, fibronectina, entactina, o la cadena
\beta1 de laminina. Se usó una sonda específica para la
\beta-galactosidasa bacteriana como control para
la unión no específica (un control negativo), puesto que esta sonda
no hibridaba con el ARN total de riñón de ratón en las
transferencias Northern (no se muestran los datos). La sonda control
se hibridó al mismo tiempo como cada sonda específica y se trató
con la misma concentración de RNasa A después del procedimiento de
hibridación. El tratamiento con RNasa A se llevó a cabo con 0,25
\mug/ml para \alpha1(IV), TGF-\beta1 y
fibronectina, y con 3 \mug/ml para la entactina y laminina
\beta1. Los resultados se muestran en la figura 6.
Los resultados en la figura 6 ilustran que, para
todos los ARNm específicos examinados, se observan claramente
niveles elevados en las células epiteliales viscerales (podocitos)
del glomérulo en los ratones silenciados para COL4A3 (ratones
Alport). Para la cadena \alpha1(IV) de colágeno, la
expresión del ARNm en el control se observa tanto en las células
mesangiales como en las células endoteliales del glomérulo (figura
6A), que está de acuerdo con que esta molécula se encuentre en el
animal maduro. En el mutante, la expresión en la matriz mesangial
puede ser elevada, como se pone de manifiesto por la tinción mucho
más oscura cuando se compara con la tinción de células mesangiales
en la muestra control, sin embargo la diferencia más evidente entre
el control y el mutante es el anillo de células teñidas que recubren
la circunferencia exterior del glomérulo, correspondiente a los
podocitos (figura 6B). Se observa expresión de fibronectina en el
glomérulo control principalmente en las células mesangiales (figura
6D). Aunque también se observa la tinción de las células
mesangiales en el mutante, los podocitos expresan claramente niveles
significativos de ARNm de fibronectina (figura 6E). La expresión de
TGF-\beta1 es muy débil en los glomérulos en los
animales control, sin embargo, se observa algo de tinción
específica en las células mesangiales de los animales control
(figura 6G). En el mutante, los niveles de ARNm de
TGF-\beta1 son significativamente elevados en las
células mesangiales, las células endoteliales y otra vez en los
podocitos (figura 6H). Para la entactina, el ARNm se localizó en los
podocitos del control, lo cual no es inesperado puesto que esta
proteína se localiza específicamente en la GBM. De forma inesperada
se observa algo de tinción específica para células mesangiales en el
animal control. Mientras que la tinción en las células epiteliales
viscerales en el mutante parece que indica expresión elevada, este
no es un ensayo cuantitativo, y la diferencia entre el control y el
mutante es demasiado pequeña para que se definitiva (compárese la
figura 6J con 6K).
Las transferencias Northern pusieron de
manifiesto que los niveles de ARNm para la cadena \beta1 de
laminina no habían cambiado en el control frente al mutante en el
transcurso de tiempo. El análisis de hibridación in situ
para este mismo mensaje ilustraba la localización específica de
células mesangiales esperada en los glomérulos de los riñones
control (figura 6M). Sin embargo, en los glomérulos de los ratones
mutantes, el ARNm es inducido claramente en las células epiteliales
viscerales (figura 6N).
Las muestras de tejido se recogieron a las 3 y 5
semanas de edad, y se analizaron por hibridación in situ
usando estas mismas sondas. El patrón de tinción en estos glomérulos
eran indistinguible de los normales de la misma camada (no se
muestran los datos). Esto sugiere que la activación de estos genes
en los podocitos se produce después del inicio de la
proteinuria.
Los datos de la proteína
TGF-\beta1 basados en la detección con
inmunoperoxidasa usando anticuerpos específicos para la isoforma
activa de la citocina, corroboran los datos obtenidos por el
análisis de hibridación in situ para el ARN mensajero de
TGF-\beta1 (compárese la inmunotinción de la
figura 7B con la figura 7A). Esto ilustra que la expresión elevada
del ARN mensajero de TGF-\beta1 en los podocitos
se traduce en alto nivel de proteína.
El análisis de protección de RNasa se llevó a
cabo para determinar si los niveles de ARNm para la citocina
también eran elevados en la corteza renal humana de pacientes Alport
frente a control. Se quitó la corteza renal Alport humana de un
chico de 15 años durante la cirugía de transplante. La muestra tenía
un nivel moderado de escarificación, con aproximadamente 50% de los
glomérulos fibróticos. La muestra se sacó inmediatamente y se
congeló rápidamente en nitrógeno líquido. El ARN de riñón humano
normal se adquirió en Clonetech (Palo Alto, CA) y era una muestra
de un grupo de recolección de fuentes humanas normales. El ARN de la
muestra Alport se aisló usando el mismo procedimiento que se usó
para los riñones de ratón. Se examinó la integridad del ARN por
fraccionamiento de 10 \mug en un gel de agarosa y tinción del gel
con bromuro de etidio (10 \mug/ml en agua). Tanto la muestra
normal como la Alport estaban intactas basándose en la cantidad
relativa de bandas de ARN ribosómico 28S y 18S. El experimento de
protección de RNasa se llevó a cabo de acuerdo con los
procedimientos. Los datos en la figura 8 ilustran una elevación de
3-4 veces del ARN mensajero de
TGF-\beta1 en la corteza renal Alport humana
respecto al control. Esto prueba que la citocina también es
sobreexpresada en los riñones Alport humanos. Este dato respalda la
esperanza de que esta tecnología también funcionará en seres
humanos.
Como ejemplo para ilustrar que un agente soluble
capaz de bloquear la interacción de la integrina \alpha1\beta1
con su ligando produciría los mismos efectos en la patogénesis de la
enfermedad renal de Alport que la mutación de silenciamiento del
gen \alpha1, se obtuvo el anticuerpo descrito por Fabbri y col.,
Tissue Antigens, 48:47-51, 1996. Se inyectó
este anticuerpo (400 ng/inyección, tres veces por semana, por vía
intraperitoneal) en ratones Alport empezando a las 2 semanas de
edad. Los animales se recogieron a las 6 semanas de edad y se
analizaron las membranas basales por microscopía electrónica de
transmisión. Como es evidente en la figura 10, las membranas
basales en estos animales tratados eran en gran medida regulares, y
tenían el aspecto trilaminar normal. Se observó el hinchamiento de
células endoteliales debido a la respuesta inmunitaria del
anticuerpo. Estos resultados ilustran que un agente soluble que
bloquea el receptor de integrina \alpha1\beta1 ralentizará el
avance de la enfermedad Alport de la GBM de la misma forma que se
observa en la línea de ratón doblemente silenciado.
El protocolo experimental era la inyección de
FK506 (1 \mug/g de peso corporal, inyectado por vía
intraperitoneal, Fujisawa Pharmaceutical Co., Ltd., Osaka, Japón),
o un receptor de TGF-B1 soluble (25
\mug/inyección, por vía intravenosa por la vena de la cola,
Biogen Inc., Cambridge. MA) dos veces por semana empezando a las 3
semanas de edad. Los riñones se recogieron a las 7 semanas de edad y
se sometieron a los análisis descritos.
El análisis por microscopía electrónica de
transmisión de la ultraestructura de la membrana basal en diferentes
condiciones se ilustra en la figura 11. La figura 11A muestra un
bucle capilar glomerular de un animal normal no tratado. Obsérvense
los procesos pediculares normales regulares y la tinción de la
membrana basal trilaminar. La figura 11B muestra un bucle capilar
de un ratón Alport 129 Sv/J de 7 semanas de edad típico. Obsérvense
los procesos pediculares hinchados y el engrosamiento focal grande
de la GBM. La figura 11C ilustra un bucle capilar típico de un
animal Alport de 7 semanas de edad tratado con FK506. Hay una falta
obvia de engrosamiento de la membrana basal, lo que sugiere que el
fármaco reduce la tasa de acumulación de matriz en la GBM. Sin
embargo, hay un grado significativo de hinchamiento en los procesos
pediculares, con una falta notable de arquitectura de los procesos
pediculares. Esta misma observación se hace en los ratones en los
que se ha inyectado receptor soluble de
TGF-\beta1 (figura 11D). Estos datos ilustran que
los inhibidores de TGF-\beta1 pueden prevenir el
engrosamiento irregular de la GBM, pero no pueden prevenir los
cambios en la arquitectura de los procesos pediculares asociados
con la enfermedad de la GBM de Alport avanzada.
Algunas de las muestras de riñón se trataron
para la microscopía electrónica de barrido. Los glomérulos se
expusieron por fractura de la corteza renal congelada, que elimina
la cápsula de Bowman, exponiendo la capa exterior de los podocitos
cuando cubren los bucles capilares de los glomérulos. Se ilustra un
glomérulo normal en la figura 12A, en la que la arquitectura
compleja de los podocitos es muy evidente ya que los procesos
pediculares que se ramifican se enrollan alrededor de los bucles
capilares. En un ratón Alport típico de 7 semanas de edad, la
superficie de los podocitos en los glomérulos carece notablemente de
ramas filamentosas finas que se han eliminado por hinchamiento
(figura 12B). En el animal Alport tratado con FK506 o el receptor
soluble para TGF-\beta1, la superficie del
glomérulo parece la misma que la del ratón Alport no tratado
(figura 12C). Esta figura demuestra claramente que el bloqueo de
TGF-\beta1 solo no protege contra los cambios en
la arquitectura de los procesos pediculares asociada con la
enfermedad glomerular de Alport.
Se midió la proteinuria por electroforesis en
gel de poliacrilamida de orina liofilizada recogida en momentos
semanales durante el transcurso del tratamiento con fármaco. Como se
ha mencionado previamente, la presencia y abundancia de albúmina en
la orina proporciona una valoración comprensiva de la integridad del
filtro glomerular. La figura 13 ilustra que mientras que la
administración de inhibidores de TGF-\beta1
retrasa el inicio de la proteinuria, el avance a altos niveles de
albúmina en la orina se produce muy rápidamente (1 semana). Estos
resultados implican que cuando los inhibidores de
TGF-\beta1 se usan solos, no mejora el filtro
glomerular aunque retrasan el inicio de la proteinuria. Es probable
que esta propiedad esté directamente relacionada con la incapacidad
de estos inhibidores para prevenir el borrado de los procesos
pediculares de los podocitos descritos antes e ilustrados en las
figuras
11 y 12.
11 y 12.
Hay que indicar que la administración de fármaco
a los miembros normales de la misma camada dio como resultado
diferencias no discernibles cuando se compararon con los ratones
normales a los que no se había inyectado.
Se inyectó a ratones (los ratones DKO son nulos
para los genes tanto de colágeno \alpha3(IV) como de
integrina \alpha1) inhibidores de TGF-\beta1
FK506 (2 \mug/g de peso corporal, dos veces por semana, con
inyecciones intraperitoneales) o receptor soluble de
TGF-\beta1 de Biogen (25 \mug por inyección, dos
veces por semana, con inyecciones intravenosas) empezando a las 4
semanas de edad. Los riñones se tomaron a las 10 semanas de edad y
se analizaron. Se escogió el tiempo de 10 semanas ya que en los
ratones doblemente silenciados, la enfermedad en general avanza
hasta el punto en el que se observa un engrosamiento irregular
significativo de la GBM, y los animales empiezan a progresar hacia
la etapa final de insuficiencia renal. Así pues, si los inhibidores
de TGF-\beta1 proporcionaran beneficios
protectores adicionales, esos beneficios serían evidentes en esta
etapa de la enfermedad de la GBM. El análisis por microscopía
electrónica de transmisión mostró muy claramente y de forma
consistente diferencias entre los ratones a los que se había
inyectado los inhibidores y los ratones doblemente silenciados que
no se habían tratado. Un ejemplo típico de estas diferencias se
ilustra en la figura 14. La figura 14B ilustra el perfil típico de
un bucle capilar glomerular en el ratón doblemente silenciado a las
10 semanas de edad. Destacan los bolsillos significativos de
engrosamiento de la membrana basal característicos del avance de la
glomerulonefritis de Alport. Los procesos pediculares de los
podocitos tienen un nivel alto de arquitectura regular con
diafragmas de división bien desarrollados incluso en el estado
avanzado de la enfermedad. Esta característica de los ratones
doblemente silenciados no la comparten los ratones Alport
(compárense los procesos pediculares con los mostrado en la figura
12B).
Cuando los ratones doblemente silenciados se
trataron con inhibidores de TGF-\beta1, hubo una
reducción notable tanto del engrosamiento focal de la GBM como de
el borrado de los procesos pediculares (en la figura 14C se trató
con FK506 y en la figura 14D se trató con el receptor soluble de
TGF-\beta1). Aunque la GBM de la mayoría de los
glomérulos no tiene la ultraestructura completamente normal
(obsérvese la irregularidad moderada de la GBM en la figura 14D),
carecen completamente de los bolsillos significativos del
engrosamiento de la GBM evidentes en la mayoría de los bucles
capilares glomerulares de los animales doblemente silenciados a los
que no se ha tratado (como en la figura 14B) en esta etapa del
desarrollo. En aproximadamente 25% de los glomérulos examinados de
esta forma, los inhibidores de TGF-\beta1
restauraron la ultraestructura glomerular a un grado en el que los
glomérulos de los DKO eran indistinguibles de los de los ratones
normales (la figura 15A muestra la GBM de un ratón normal de 10
semanas de edad; la figura 15B muestra la GBM de uno doblemente
silenciado de 10 semanas de edad tratado con FK506). Considerando
que esto es 2 semanas más que la edad media de la etapa final de
insuficiencia renal en el modelo de animal Alport no manipulado,
esto es un descubrimiento verdaderamente único y notable.
Se examinó la proteinuria en los mismos ratones
recogidos semanalmente durante el transcurso del tratamiento. Las
muestras (equivalentes a aproximadamente ½ microlitro) se analizaron
por electroforesis en geles de poliacrilamida. La albúmina se
visualizó por tinción con azul coomassie. Los resultados en la
figura 16 ilustran que tanto el tratamiento con FK506 (figura 16D)
como con el receptor soluble para TGF-\beta1
(figura 16B) mejoran notablemente el rendimiento del filtro
glomerular respeto a los ratones doblemente silenciados que no se
han tratado (figura 16A). La figura 16C muestra la proteína de la
orina para un ratón normal tratado con FK506. Es notable el grupo
difuso de bandas evidentes en un momento temprano tanto en los
ratones normales como DKO (figura 16D) tratados con FK506. Esto se
observa siempre en ratones tratados con el fármaco, y probablemente
está relacionado con los efectos nefrotóxicos descritos en algunos
pacientes tratados con el fármaco después de transplante (Solez y
col., Transplanlation. 66: 1736- 1740, 1998).
Los datos ilustrados en las figuras 11, 12 y 14
sugieren de forma colectiva que la razón de que los bloqueantes de
la integrina \alpha1 sean sinérgicos con los bloqueantes de
TGF-\beta1 es que la inhibición de \alpha1
produce una mejora de la arquitectura de los procesos pediculares de
los podocitos, mientras que la inhibición de
TGF-\beta1 produce depósitos menores de matriz en
la GBM. La figura 17 se proporciona para respaldar más la función
de los bloqueantes de integrina \alpha1 en la mejora de la
arquitectura de los procesos pediculares. Se preparó corteza renal
de la misma forma ilustrada en la figura 12. La figura 17A ilustra
la superficie de un glomérulo de un ratón normal de 7 semanas de
edad. La figura 17B ilustra un glomérulo de un ratón Alport de 7
semanas de edad. Obsérvese la pérdida de la arquitectura de los
podocitos debido al borrado de los procesos pediculares. La figura
17C ilustra la superficie de un glomérulo de un ratón doblemente
silenciado de 7 semanas de edad. Obsérvese la restauración casi
completa de la arquitectura de los procesos pediculares. Estos datos
están de acuerdo con la vista de la sección transversal
proporcionada por microscopía electrónica de transmisión mostrada
en la figura 14B, en la que los procesos pediculares tienen una
morfología excelente en el ratón doblemente silenciado.
En el examen de un mecanismo plausible para este
fenómeno se evaluaron las cadenas de laminina. Puesto que se sabe
que la laminina principal que se encuentra en la membrana basal
glomerular es la laminina 11 (Miner y col., J. Cell Biol.,
137:65-701, 1997), se pensó que el aspecto de una
laminina nueva en la GBM de Alport debería contribuir a la pérdida
de unión de los podocitos a la GBM. Tras examinar la composición de
laminina de la GBM de Alport, se encontró que la cadena \alpha2
de laminina que normalmente se localiza exclusivamente en la
matriz mesangial en ratones normales, se encontraba en la GBM de los
ratones Alport. La figura 18 ilustra una serie de paneles de
glomérulos inmunoteñidos usando un protocolo de marcaje fluorescente
doble.
En el análisis de fluorescencia doble, se
insertó corteza renal reciente en compuesto de inserción acuoso
Tissue Tek, se congeló inmediatamente y se cortó en un criostato en
secciones de 4 \mum. Los portaobjetos se fijaron después en
acetona al 100% fría (-20ºC) durante 10 minutos y después se secaron
al aire toda la noche. El tejido se rehidrató mediante 3 lavados en
PBS durante 10 minutos cada uno. Los anticuerpos primarios se
diluyeron junto con leche en polvo sin grasa al 7% (BioRad). Se usó
un anticuerpo antientactina (Chemicon Inc.) como marcador conocido
para la membrana basal glomerular con una dilución 1:200. El
anticuerpo específico para la cadena \alpha2 de laminina fue un
obsequio del Dr. Peter Yurchenco (Robert Wood Johnson Medical
School, Piscataway, NJ). La especificidad de este anticuerpo por la
cadena \alpha2 de laminina la ilustra Cheng y col., J. Biol.
Chem., 272:31525-31532, 1997. El anticuerpo se
usó con una concentración 1:10. Los anticuerpos primarios se
dejaron reaccionar toda la noche a 4ºC en una placa humidificada.
Los portaobjetos se lavaron 3 veces durante 10 minutos cada vez en
PBS frío, y después se hicieron reaccionar con los anticuerpos
secundarios, que también se añadieron. Los anticuerpos secundarios
eran uno anticonejo conjugado con rojo Texas para la laminina
\alpha2 y uno antirrata conjugado con FITC para la entactina,
ambos usados con una dilución 1:100 (Vector Laboratories,
Burlingame, CA). Los reactivos secundarios se dejaron reaccionar
durante 4 horas a 4ºC. Los portaobjetos se lavaron 3 veces durante
10 minutos cada vez con PBS y se aplicó una gota de medio de
montaje de antidecoloración Vectashield (Vector Laboratories,
Burlingame, CA) antes del sellado con las cubiertas de vidrio. Las
imágenes para cada anticuerpo se cubrieron digitalmente usando un
microscopio de epifluorescencia BH-2 en interfase
con un sistema de análisis de imágenes Cytovision Ultra (Applied
Imaging, Inc.).
Para el antígeno específico para la membrana
basal glomerular (entactina) la tinción es verde, mientras que para
la cadena \alpha2 de laminina es roja. En los sitios en los que se
encuentran juntas la entactina y laminina \alpha2 la tinción es
amarilla. En la figura 18 el panel A del grupo I representa la
inmunotinción de un glomérulo de un ratón normal de 7 semanas de
edad. Aquí la laminina \alpha2 se localiza exclusivamente en la
matriz mesangial. El panel B ilustra la tinción en un ratón Alport
de la misma camada de 7 semanas de edad. Están indicados con
flechas los bucles capilares teñidos de amarillo de forma
predominante, que ilustra que en el ratón Alport, la laminina
\alpha2 se localiza tanto en la matriz mesangial como en la
membrana basal glomerular. El panel C muestra la inmunotinción en
los glomérulos de un ratón Alport Sv/J tratado con FK506 (la
corteza se sacó de los animales usados en los experimentos descritos
antes y representados en las figuras 11, 12 y 13). Aquí, otra vez,
la mayoría de los bucles capilares glomerulares son amarillos, lo
que indica que la inhibición de la actividad de
TGF-\beta1 no previene la acumulación de laminina
\alpha2 en la GBM de los ratones Alport. Sin embargo, en un ratón
doblemente silenciado de 7 semanas de edad, no hay inmunotinción de
laminina \alpha2 en los bucles capilares de los glomérulos (Panel
D, flechas). El receptor de integrina predominante en la superficie
de los podocitos es la integrina \alpha3\beta1 (Patey y col.,
Cell Adhesion and Communication, 2:159-167,
1994). Se cree ampliamente que esta integrina tiene una función
fundamental en la unión de podocitos a la GBM y mantenimiento de la
arquitectura normal del proceso pedicular (Smoyer and Mundel,
J. Mol. Med., 76:172-183, 1998). Como
ejemplo, recientemente se ha mostrado que el silenciamiento del gen
de la integrina \alpha3 daba como resultado la eliminación
completa de la arquitectura del proceso pedicular de los podocitos
(Kreidberg y col., Development,
122:3537-3547, 1996). Más recientemente, se ha
producido un receptor de integrina \alpha3\beta1 soluble y se
mostró que se unía con afinidad alta a las lamininas que contenían
cadena \alpha5 de laminina (como la laminina 11 que es un
heterotrímero compuesto de una cadena \alpha5, \beta2 y
\gamma1), pero no a las lamininas que contenían la cadena
\alpha2 (Eble y col., Biochemistry,
37:10945-10955,1998). Los datos presentados en este
documento considerados junto con esta información, apoyan un modelo
en el que en el ratón Alport, la deposición progresiva de lamininas
que contienen laminina \alpha2 en la GBM produce el borrado de los
procesos pediculares. El bloqueo de la cadena de integrina
\alpha1 da como resultado la menor deposición o ausencia de
deposición de la cadena \alpha2 de laminina en la GBM, que
previene la pérdida de la arquitectura normal de los procesos
pediculares.
Para respaldar más este punto, se evaluó la
distribución de cadena \alpha2 de laminina en el ratón Alport
Sv/J de 2 semanas de edad comparado con un miembro de la camada
normal. En esta etapa temprana en el avance de la enfermedad de la
GBM, había importantes "bolsillos" de engrosamiento de la GBM
escasamente distribuidos en aproximadamente la mitad de los
glomérulos. Uno de dichos bolsillos de engrosamiento de la GBM se
muestra en la Figura 19B. La GBM y los procesos pediculares de los
podocitos son morfológicamente normales en las regiones de los
glomérulos no afectadas en esta etapa del desarrollo, sin embargo,
en las regiones de engrosamiento focal los procesos pediculares
están hinchados y borrados, como los cambios generalizados
reconocidos más tarde en el desarrollo de la enfermedad de la GBM.
Se supuso que si la deposición de la laminina \alpha2 produce
falta de contacto de adhesión focal con los podocitos, deberían
verse los depósitos focales de laminina \alpha2 en la GBM de
ratones Alport de 2 semanas de edad. Este es el caso que se ilustra
en el Grupo II de la figura 18. Las flechas en el panel B indican
deposición focal de laminina \alpha2 en la GBM de ratones Alport
de 2 semanas de edad. Este es el cambio molecular más temprano
(distinto del cambio de la composición del colágeno de tipo IV, que
resulta de la mutación genética congénita) que se ha detectado en el
modelo de ratón Alport, y se corresponde exactamente con el inicio
del daño de la GBM detectable.
Como se ilustra en la figura 3, la matriz que se
acumula en la GBM y el intersticio en función de la patogénesis de
la enfermedad renal de Alport incluye cadenas \alpha1(IV) y
\alpha2(IV) de colágeno, fibronectina y entactina. Como se
ilustra en la figura 20 (las dos primeras calles de cada gel), los
ARN mensajeros que codifican cada una de esas proteínas son
inducidos en el riñón Alport respecto a los controles normales. La
inyección de los inhibidores de TGF-\beta1 reduce
el grado de inducción sustancialmente (figura 20, las dos últimas
calles del gel). Esto puede explicar la reducción del engrosamiento
de la membrana basal observada en los ratones Alport Sv/J tratados
con inhibidores de TGF-\beta1 (ilustrado en la
figura 11).
Se llevó a cabo esto conjunto similar de
transferencias Northern usando ARN de riñones de ratones doblemente
silenciados que no se habían tratado, o se les habían inyectado
inhibidores de TGF-\beta1. Estos eran los mismos
ratones usados para obtener los datos presentados en la figura 14, y
por lo tanto el protocolo de inyección de fármaco se describe en el
Ejemplo 7. A partir de estos datos presentados en la figura 21 es
evidente que la administración de inhibidores de
TGF-\beta1 no cambia significativamente los
niveles de los ARNm que codifican las proteínas de la matriz cuando
se compara el control al que no se ha inyectado frente a los ratones
doblemente silenciados. Sin embargo, hay un notable efecto en la
expresión del ARNm que codifica el inhibidor de metaloproteinasa
Timp-3 (figura 21, fila inferior). Como es evidente
en las calles 1 y 2, hay una notable reducción de la expresión de
Timp-3 en el riñón de un ratón doblemente silenciado
no tratado de 10 semanas de edad respecto a los ratones control
(una diferencia de 9 veces en el análisis con Phospohorimage). Esta
reducción de la expresión de Timp-3 no se observa en
los ratones doblemente silenciados a los que se inyectó FK506
(calles 3 y 4) o el receptor soluble de TGF-\beta1
(calles 5 y 6). Se observó este mismo efecto en la expresión de
Timp-3 en ratones Sv/J (figura 20, fila inferior)
que ilustra que la capacidad para inhibir la supresión del ARNm de
Timp-3 en ratones Alport es un resultado de los
inhibidores de la inhibición de TGF-\beta1 más
que un resultado de la doble inhibición de la integrina \alpha1 y
TGF-\beta1.
La importancia funcional de esta observación se
basa en el hecho de que Timp-3 es un modulador de
las metaloproteinasas de la matriz, y se ha sugerido que es un
jugador importante en la homeostasis de la membrana basal renal y
pérdida de homeostasis en la enfermedad (Esposito y col., Kidney
Int., 50:506-514, 1996; y Elliot y col.,
J. Am. Soc. Nephrol., 10:62-68, 1999).
Una reducción de la expresión del inhibidor de metaloproteinasa
Timp-3 producirá un aumento correspondiente de la
actividad de la metaloproteinasa. Dicho aumento puede producir daño
en la membrana basal, dando como resultado la activación de
TGF-\beta1 con la acumulación concomitante de la
matriz. El romper este ciclo produciría la restauración de la
homeostasis de la membrana basal, que se pondría de manifiesto por
la restauración de la morfología de la GBM, que es lo que se
observaba (figuras 11, 14 y 15).
La función de TGF-\beta1 en
favorecer la expresión de las proteínas de la matriz en la fibrosis
renal está bien establecida (Yand y col., J. Am. Soc.
Nephrol., 5:1610-1617, 1994; Border y
Ruoslahti., J. Clin. Invest., 90:1-7,
1992). En el ratón doblemente silenciado, la fibrosis intersticial
renal se retrasa, pero está ampliamente extendida aproximadamente a
las 10 semanas de edad y avanza a la etapa final de insuficiencia
renal aproximadamente a las 15 semanas de edad. Los animales a los
que se inyectó inhibidores de TGF-\beta1 se
analizaron usando tres marcadores para la fibrosis intersticial, y
se compararon directamente con animales doblemente silenciados de
10 semanas de edad que no se habían tratado con inhibidores. La
inyección de los animales se hizo usando el mismo protocolo que el
usado para generar la figura 14 en el Ejemplo 7. Para las figuras
22, 23 y 24, el panel A es un control, el panel B es uno doblemente
silenciado que no se ha tratado, el panel C es uno doblemente
silenciado tratado con FK506, y el panel D es uno doblemente
silenciado tratado con un receptor soluble de
TGF-\beta1. Todas estas figuras representan vistas
en el aumento bajo de 50X de la corteza renal. La figura 22 es una
tinción con metenamina-plata de Jones, que es un
patrón de tinción histoquímica para la matriz. Es evidente que la
matriz se acumula en el intersticio de la corteza renal en el ratón
que no se ha tratado (compárese el panel B con el panel A). Sin
embargo, las cortezas renales de animales tratados con el inhibidor
de TGF-\beta1, eran indistinguibles de los
controles, lo que indicaba poca o nada de fibrosis. Los marcadores
moleculares usados habitualmente para la fibrosis intersticial renal
incluyen el colágeno de tipo I y la fibronectina (Yamamoto y col.,
Kidney Int., 45:916-927, 1994). La figura 23
ilustra la inmunotinción para el colágeno de tipo I. Claramente, el
colágeno de tipo I se acumula en el intersticio de la corteza renal
de los animales que no se han tratado (compárese el panel B con el
control en el panel A). Los paneles B y C de la figura 23 ilustran
una ausencia relativa de acumulación de colágeno de tipo I en
riñones de ratones doblemente silenciados tratados con FK506 o el
receptor soluble, respectivamente. El mismo escenario es cierto
para la fibronectina, que es abundante en la corteza de los
doblemente silenciados que no se han tratado (figura 24B) y como
los controles en la corteza renal de ratones a los que se han
inyectado los inhibidores de TGF-\beta1 (figura
24, paneles C y D). En conjunto, estos datos indican que los
inhibidores de TGF-\beta1 combinados con
bloqueantes de integrina alfa 1 son eficaces para prevenir (o
retrasar) la fibrosis intersticial en el modelo de ratón
Alport.
Claims (29)
1. Uso de un inhibidor del receptor de integrina
\alpha1\beta1 para la preparación de una composición
farmacéutica para limitar un trastorno renal.
2. El uso de la reivindicación 1, en el que el
trastorno renal comprende glomerulonefritis renal, fibrosis renal o
ambas.
3. El uso de la reivindicación 2, en el que la
glomerulonefritis renal o fibrosis renal está asociada con el
síndrome de Alport, nefritis por DMDI, glomerulonefritis mesangial
proliferativa, glomerulonefritis membranoproliferativa,
glomerulonefritis crescéntica, nefropatía diabética o fibrosis renal
intersticial.
4. El uso de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el inhibidor de receptor de
integrina \alpha1\beta1 es un agente bloqueante que se une al
sitio de unión del receptor de integrina \alpha1\beta1 en la
superficie de una célula renal.
5. Uso de un agente que bloquea un sitio de
unión del receptor de integrina \alpha1\beta1 en la superficie
de una célula renal, para preparar una composición farmacéutica para
retrasar el inicio y/o ralentizar el avance del síndrome de Alport
o la enfermedad renal en la diabetes mellitus dependiente de
insulina.
6. El uso de la reivindicación 4 ó 5, en el que
el agente bloqueante del receptor de integrina \alpha1\beta1
comprende un péptido, un anticuerpo neutralizante o un fragmento
proteolítico.
7. El uso de la reivindicación 6, en el que el
péptido es al menos un fragmento nonámero de una proteína
seleccionada del grupo que consiste en laminina, fibronectina,
entactina y colágeno de tipo 4.
8. El uso de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la composición farmacéutica
comprende un inhibidor de TGF-\beta1.
9. El uso de la reivindicación 8, en el que el
inhibidor de receptor de integrina \alpha1\beta1 y el inhibidor
de TGF-\beta1 se administran simultánea o
secuencialmente.
10. El uso de la reivindicación 8 ó 9, en el que
el inhibidor de TGF-\beta1 se une de forma
irreversible a TGF-\beta1 e inhibe su capacidad
para unirse con su receptor.
11. El uso de la reivindicación 8 ó 9, en el que
el inhibidor de TGF-\beta1 es un agente que inhibe
la capacidad de TGF-\beta1 para transducir
señales al núcleo de una célula renal.
12. El uso de la reivindicación 11, en el que el
inhibidor de TGF-\beta1 es inhibidor de
calcineurina.
13. Uso de un agente que inhibe la transducción
de señales por un receptor de integrina \alpha1\beta1 de una
célula renal, para preparar una composición farmacéutica para
retrasar el inicio y/o ralentizar el avance del síndrome de Alport
o la enfermedad renal en la diabetes mellitus dependiente de
insulina.
14. Uso de un antagonista irreversible o
inhibidor de transducción que reduce la actividad de
TGF-\beta1 para preparar una composición
farmacéutica para limitar la fibrosis renal, en el que dicha
composición se va a administrar a un paciente mientras se inhiben
los receptores de integrina \alpha1\beta1 de las células
renales del paciente.
15. El uso de la reivindicación 14, en el que
dicho agente se une de forma irreversible a
TGF-\beta1 e inhibe su capacidad para unirse con
su receptor, o inhibe la capacidad de TGF-\beta1
para transducir señales al núcleo de una célula renal.
16. Uso de un inhibidor de calcineurina para
preparar una composición farmacéutica para limitar la fibrosis
renal.
17. El uso de la reivindicación 12 ó 16, en el
que el inhibidor de calcineurina es tacrolimus.
18. Uso de un agente que reduce la actividad de
TGF-\beta1, para preparar una composición
farmacéutica para limitar la acumulación de matriz en la membrana
basal glomerular (GBM) de un paciente con síndrome de Alport.
19. Un ratón que no expresa una composición
normal de colágeno de tipo 4 en la membrana basal glomerular y no
expresa el receptor de integrina \alpha1\beta1.
20. El ratón de la reivindicación 19, en el que
el ratón no incorpora las cadenas \alpha3(IV),
\alpha4(IV) y \alpha5(IV) de colágeno en su
membrana basal glomerular.
21. Un procedimiento para cribar un agente para
su uso en limitar un trastorno renal, por el cual el agente se va a
administrar al ratón de la reivindicación 19 ó 20.
22. Una composición farmacéutica que comprende
un inhibidor de receptor de integrina \alpha1\beta1 y un
inhibidor de TGF-\beta1.
23. La composición farmacéutica de la
reivindicación 22, en la que el inhibidor del receptor de integrina
\alpha1\beta1 es un agente bloqueante que se une al sitio de
unión del receptor de integrina \alpha1\beta1 en la superficie
de una célula renal.
24. La composición farmacéutica de la
reivindicación 23, en el que el agente bloqueante del receptor de
integrina \alpha1\beta1 comprende un péptido, un anticuerpo
neutralizante o un fragmento proteolítico.
25. La composición farmacéutica de la
reivindicación 24, en la que el péptido es al menos un fragmento
nonámero de una proteína seleccionada del grupo que consiste en
laminina, fibronectina y actina, y colágeno de tipo 4.
26. La composición farmacéutica de una
cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en la que el inhibidor
de TGF-\beta1 se une de forma irreversible a
TGF-\beta1 e inhibe su capacidad para unirse a su
receptor.
27. La composición farmacéutica de una
cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en la que el inhibidor
de TGF-\beta1 es un agente que inhibe la capacidad
de TGF-\beta1 para transducir señales al núcleo de
una célula renal.
28. La composición farmacéutica de la
reivindicación 27, en la que el inhibidor de
TGF-\beta1 es inhibidor de calcineurina.
29. La composición farmacéutica de la
reivindicación 28, en la que el inhibidor de calcineurina es
tacrolimus.
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