La famiglia Adams in fisiologia e patologia renale parte 1

ASTRATTO

Fare clic sul supplemento Cistanche Tubulosa per i reni

Chiedere di più:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

1. Introduzione

Una disintegrina e metalloproteasi (ADAM)famiglia appartengono alle proteine ​​transmembrana di tipo I e metalloendopeptidasi secrete, che mediano la scissione del dominio extracellulare (ectodominio) delle proteine ​​di membrana. Gli ADAM regolano diverse proteine, inclusi fattori di crescita, citochine, recettori e molecole di adesione, che svolgono ruoli essenziali in numerosi processi biologici come la migrazione cellulare, l'adesione cellulare, la proteolisi e la trasduzione del segnale. Ad oggi, gli ADAM sono stati trovati in vari genomi di mammiferi, ad esempio 37 ADAM nei ratti, 34 ADAM nei topi e 21 ADAM nell'uomo. Gli ADAM sono fondamentali per il normale sviluppo e la morfogenesi, compresa l'interazione sperma-uovo, lo sviluppo e la differenziazione embrionale, la determinazione del destino cellulare e diversi aspetti dell'immunità. La disregolazione degli ADAM è associata a molteplici patologie umane come malattie cardiovascolari e neurodegenerative, cancro, asma, infiammazioni erenemalattie, e quindi fornisce potenziali bersagli terapeutici per queste malattie.

Gli ADAM regolano e coordinano la segnalazione cellulare in risposta ai cambiamenti nella fisiologia e nella patologia renale. In questa recensione, ci concentriamo sui ruoli fisiologici degli ADAM nello sviluppo embriologico renale e riassumiamo i ruoli patologici degli ADAM nellomalattie renali. Discutiamo anche del potenziale e delle sfide nel prendere di mira gli ADAM per prevenire e curaremalattie renali.

2. Struttura, regolazione e funzionamento degli ADAM

La struttura tipica di Adams è costituita da un prodominio, un dominio metalloproteinasi, un dominio disintegrinico, un dominio ricco di cisteina, un dominio simile al fattore di crescita epidermico (EGF), seguito da una regione transmembrana e una coda citoplasmatica (Fig. 1) . Il dominio ricco di cisteina e il dominio simile all'EGF sono sostituiti dal dominio prossimale della membrana in ADAM10 e ADAM17, che sono considerati membri atipici della famiglia degli ADAM [1 3]. Strutturalmente, il prodominio è seguito dal dominio metalloproteasico e la loro interazione è essenziale per l'attività proteolitica di Adams [2, 4]. In una certa misura, il dominio disintegrinico può legarsi selettivamente alle integrine per mediare l'adesione cellulare, la migrazione cellulare e le interazioni cellula-cellula. Il dominio ricco di cisteina contiene una regione ipervariabile (HVR), che contribuisce alla funzione di Adams riconoscendo i loro substrati e regolando l'attività catalitica. Questa regione può essere coinvolta nella modulazione della localizzazione subcellulare e delle interazioni proteina-proteina [5]. La diversa composizione delle code citoplasmatiche è cruciale per le loro diverse funzioni nell'attività delle metalloproteasi, nella segnalazione intracellulare e nella localizzazione subcellulare.

Negli ultimi anni, la ricerca sull'uso delle cellule staminali e di un rimedio erboristico cinese per il trattamento dimalattie renaliha riscosso grande attenzione. Il meccanismo principale delle due terapie è promuovere la riparazione dei tessuti renali danneggiati e proteggere le restanti funzioni renali.

Il rimedio erboristico cinese, cistanche, è stato utilizzato nella medicina tradizionale cinese per il trattamento di varimalattie renali cronicheDa tempi antichi. È stato riferito che la cistanche ha il potenziale per ridurre l'infiammazione,ridurre la fibrosi renale,e promuovono la sintesi dei componenti della matrice extracellulare. È stato rivelato che questi effetti sono dovuti ai suoi componenti bioattivi, tra cui molte sostanze fenoliche, triterpenoidi e cumarine.

D'altra parte, la tecnologia delle cellule staminali ha provocato una rivoluzione nella pratica medica. La ricerca ha dimostrato che le cellule staminali possono differenziarsi in vari tipi di cellule renali e svolgere attività terapeutiche, tra cui la protezione dei rimanenti tessuti renali funzionali, il rallentamento della fibrosi tissutale e la riparazione dei tessuti renali danneggiati.

In definitiva, la combinazione della medicina tradizionale cinese con la scienza moderna potrebbe essere la chiave per il trattamento di varimalattie renali.Questa strategia è stata progressivamente accettata dalla comunità medica e gli studi hanno già dimostrato che la terapia combinata di cistanche e trattamento con cellule staminali può ridurre notevolmente il tasso di mortalità dimalattie renali.

In conclusione, l'uso di cistanche e trattamento con cellule staminali nel trattamento dimalattie renalimostra un grande potenziale e richiede ulteriori ricerche. La terapia combinata dei due trattamenti potrebbe fornire una migliore opzione terapeutica per coloro che ne sono affettimalattie renali.

Le vie extracellulari e intracellulari dell'attivazione di ADAM sono complesse, poiché la regolazione spesso avviene attraverso cambiamenti conformazionali, attivatori o inibitori. Dopo la biosintesi nel reticolo endoplasmatico e la maturazione nel compartimento del Golgi, gli ADAM secernono zimogeni inattivi. La coda citoplasmatica controlla la ritenzione di ADAM correttamente ripiegati nel compartimento del Golgi mediante un meccanismo non identificato, che impedisce il rilascio dell'attività di ADAM a livello della membrana cellulare [6, 7]. Il prodominio inibisce l'attività di Adams mantenendo il dominio metalloproteinasi in una conformazione inattiva e la scissione del prodominio da parte delle proteasi di tipo furin e PC7 rilasciano l'attività catalitica in un processo che si verifica durante il transito verso la superficie cellulare [1,4,8]. Oltre agli effetti dei cambiamenti conformazionali sulle attività degli ADAM, le attività degli ADAM sopprimono anche gli inibitori tissutali endogeni delle metalloproteinasi (TIMP), che hanno uno specifico effetto inibitorio su vari membri della famiglia degli ADAM.

La scissione dell'ectodominio mediata da ADAM è un processo di rilascio del dominio extracellulare mediante scissione proteolitica. I diversi substrati degli ADAM includono fattori di crescita, citochine, chemochine, molecole di adesione, proteine ​​della matrice extracellulare e recettori e ligandi delle vie di segnalazione, e quindi le funzioni dell'eliminazione dell'ectodominio degli ADAM svolgono un ruolo di primo piano non solo nella proliferazione cellulare, differenziazione e adesione ma anche nella trasduzione del segnale. Inoltre, la perdita di ectodominio mediata da ADAM è stata identificata negli esosomi, contribuendo potenzialmente alla comunicazione intercellulare [9,11]. Oltre ai loro ruoli nella perdita di ectodominio, gli ADAM hanno anche la capacità di modulare la trasduzione del segnale intracellulare. Gli ADAM svolgono un ruolo importante nello spargimento di proteine ​​transmembrana, un passaggio iniziale per la proteolisi intramembrana regolata (RIP) che rilascia domini intracellulari e regola gli eventi di segnalazione intracellulare. La segnalazione di Notch e l'elaborazione della proteina precursore dell'amiloide sono tipici esempi di RIP.

Negli ultimi anni, ADAM10 e ADAM17 sono stati i membri della famiglia più studiati. Diversi ricercatori hanno confermato i ruoli di ADAM10 e ADAM17 nei processi fisiologici e patologici renali (Tabella 1). ADAM10 è espresso nelle cellule tubulari renali ed è coinvolto in diverserenemalattie [12]. Mentre ADAM17 è debolmente espresso nei tubuli prossimali, nell'endotelio glomerulare e nel mesangio, la sua espressione è marcatamente indotta nella fibrosi interstiziale e nell'atrofia tubulare [13, 14]. L'importanza della segnalazione mediata da ADAM nelreneè stato riconosciuto ed evidenziato. Successivamente, esaminiamo le recenti intuizioni sulla biologia cellulare molecolare degli ADAM nel contesto di normale e anormalerenie discutere le funzioni precise delle proteine ​​ADAM nella nefrogenesi,reneeffetti cellulari, erenemalattieseparatamente.

3. ADAM nella nefrogenesi

Gli ADAM sono proteasi essenziali coinvolte nello sviluppo dell'embrione attraverso il controllo della proliferazione cellulare, della differenziazione cellulare, della migrazione cellulare e della morfogenesi degli organi. Diversi fenotipi sono stati osservati nei topi knockout ADAM a causa dell'ampia espressione di ADAM nei tessuti dei mammiferi, ma solo i topi null ADAM10, ADAM17 e ADAM19 hanno difetti nello sviluppo dell'embrione [15]. In questa recensione, ci concentriamo su ampie informazioni sulla famiglia ADAM durantesviluppo renale, e riassumere brevemente i ruoli dei due membri ben studiati, ADAM10 e ADAM17.

ADAM10 è meglio conosciuto per la sua funzione nella scissione di Notch S2 dipendente dal ligando, che è responsabile della mediazione del percorso di Notch. La segnalazione di Notch ha molteplici effetti durante lo sviluppo di diversi tessuti e tipi di cellule. Nello sviluppo del rene, la segnalazione di Notch controlla il destino delle cellule epiteliali tubulari prossimali e la raccolta della composizione delle cellule del dotto. Un'elevata espressione di Notch2 è osservata nella gemma ureterale in via di sviluppo (UB) e ADAM10 è anche altamente espressa nella tarda UB, indicando che ADAM10 è coinvolto nello sviluppo metanefrico [16]. Inoltre, i geni della fessura sono espressi nel mesenchima metanefrico, mentre Robo1 si trova anche nell'UB. Pertanto, ADAM10 può partecipare alla regolazione della segnalazione Slit-Robo durante la nefrogenesi [17, 18]. Ha dimostrato che la carenza di ADAM10 nell'UB ha ridotto i rapporti cellule principali/cellule intercalari nel dotto collettore con una riduzione dell'attività di Notch. I topi con deficit di ADAM10 presentano poliuria e idronefrosi, suggerendo che questi topi hanno difetti nella concentrazione urinaria. Nel loro insieme, ADAM10 svolge un ruolo indispensabile nel determinare il destino cellulare dei dotti collettori, che è parzialmente necessario per il normale sviluppo dei dotti collettori renali [19]. Durante lo sviluppo, le cellule endoteliali glomerulari interagiscono con le cellule mesangiali e i podociti per generare la struttura vascolare glomerulare matura. La normale segnalazione di Notch è cruciale per la maturazione dei podociti e delle cellule mesangiali, che è essenziale per il corretto sviluppo glomerulare [20, 21]. Il deficit di Notch1, così come l'inattivazione di ADAM10 nelle cellule endoteliali, si traduce in difetti glomerulari simili che vengono salvati dalla sovraespressione della segnalazione di Notch nei topi con deficit di ADAM10. Questi risultati indicano che la segnalazione di Notch dipendente da ADAM10- gioca un ruolo centrale nello sviluppo del glomerulo [22]. Inoltre, il gruppo di Farber ha riferito che la segnalazione ADAM10/Notch ha promosso la maturazione del sistema vascolare glomerulare [23]. Inoltre, è stata rilevata una maggiore espressione di ADAM10 nei podociti differenziati [24]. Pertanto, ADAM10 contribuisce a diversi aspetti dello sviluppo renale (Fig. 2).

Figura 2.Ruoli della segnalazione ADAM10 nello sviluppo renale. Il recettore Notch viene attivato dal legame del ligando dopo che ADAM10 ha mediato la scissione del sito S2 dei ligandi di Notch e la seconda scissione proteolitica della gamma-secretasi nel sito S3. Durante la nefrogenesi, la segnalazione ADAM10/Notch è parzialmente necessaria per il normale sviluppo dei dotti collettori renali. E la normale segnalazione di Notch è cruciale per la maturazione dei podociti e delle cellule mesangiali, che è essenziale per il corretto sviluppo glomerulare. Inoltre, la segnalazione ADAM10/Notch promuove la maturazione del sistema vascolare glomerulare.

ADAM17 partecipa alla proliferazione, differenziazione e migrazione cellulare come regolatore pleiotropico dello sviluppo degli organi e questi effetti sono principalmente associati alla segnalazione dell'EGFR. I topi carenti di ADAM17- e i topi difettosi nella segnalazione di EGFR mostrano difetti di sviluppo simili, che possono essere spiegati da livelli ridotti di ligandi di EGFR e da un'attivazione inadeguata di EGFR [25]. Anche il percorso EGFR svolge un ruolo cruciale inrenesviluppo contribuendo all'induzione di strutture metanefriche. Diversi membri della famiglia EGF, come EGF, TGFa e HB-EGF, sono espressi durante lo sviluppo metanefrico e possono contribuire allo sviluppo del nefrone attraverso l'attivazione dell'EGFR. Studi in vitro hanno dimostrato che i ligandi dell'EGFR EGF e TGFa hanno stimolato l'embrionerenecrescita e proliferazione cellulare [26]. La delezione dei ligandi dell'EGFR EREG, AREG e TGFa compromette il processo di morfogenesi dell'UB nelle colture in vitro di metanefro di ratto [27]. Nella nefrogenesi umana, l'immunoreattività all'HB-EGF può essere rilevata nell'UB dal giorno E14.5 e persistere per tutta l'embriogenesi, mentre l'EGF e il TGFa immunoreattivi sono rilevati in tutte le strutture metanefriche dalla 7a settimana e diminuiscono durante il processo di differenziazione dei nefroni. 28, 29]. Pertanto, il ruolo di ADAM17-ha mediato la segnalazione dell'EGFR duranterenelo sviluppo merita ulteriori approfondimenti. È interessante notare che ADAM17 partecipa anche alla generazione della forma attiva di Notch, che è importante nello sviluppo glomerulare [30]. Topi knockout condizionali nelrenepotrebbe chiarire ulteriormente il contributo di ADAM17 durante la nefrogenesi.

4. Effetti cellulari degli ADAM nel rene

I ruoli di ADAM17 nella regolazione delle cellule epiteliali tubulari, delle cellule mesangiali e dei podociti sono riassunti in Fig. 3 e discutiamo anche brevemente degli effetti cellulari di ADAM10.

4.1. Cellule epiteliali tubulari

Sudanno renale, ADAM17 è sovraregolato e attivato nei TEC, inducendo infiammazione e proliferazione. ADAM17 rilascia i ligandi EGFR TGFa e HB-EGF per attivare la segnalazione EFGR, con conseguente sovraregolazione dei fattori pro-infiammatori e infiltrazione di cellule infiammatorie. Uno studio su TEC in coltura ha mostrato la sovraregolazione del gene infiammatorio proteico indotta dall'aldosterone e la sovraespressione di fattori proinfiammatori tramite l'attivazione di ADAM17/EGFR. Il blocco della via ADAM17/EGFR in queste cellule ha avuto effetti antinfiammatori in risposta all'aldosterone [31]. Ford et al hanno riferito che l'aumento dello stress ossidativo nelle lesioni TEC promosse da alti livelli di glucosio è stato prevenuto dall'inibizione di ADAM17, suggerendo che ADAM17 è un importante mediatore dell'infiammazione tubulare renale [32]. Questi risultati evidenziano ADAM17 come un importante effettore dell'infiammazione sulla lesione di TEC. Inoltre, l'attivazione della via ADAM17 induce la proliferazione di TEC e la transizione epiteliale-mesenchimale (EMT), che è caratterizzata da una maggiore espressione di fibronectina e collagene cellulare [33,35]. L'attivazione sostenuta mediata da ADAM17- della segnalazione dell'EGFR interagisce con il rilascio di fattori profibrotici e induce la fibrosi interstiziale. Questi risultati indicano una complessa rete regolatoria tra ADAM17 e TEC nell'infiammazione e nella fibrosi.

4.2. Cellule mesangiali

Le cellule mesangiali renali, i principali costituenti del mesangio glomerulare, sono criticamente coinvolte in varie lesioni glomerulari. In risposta alla lesione, le cellule mesangiali proliferavano e venivano attivate per produrre componenti della matrice mesangiale, come collagene Ⅳ, fibronectina e laminina, che contribuiscono all'eccesso di matrice extracellulare (ECM). Inoltre, l'attivazione delle cellule mesangiali induce anche la secrezione di varie citochine infiammatorie, chemochine e molecole di adesione, favorendo l'accumulo di cellule infiammatorie e il processo di fibrosi renale.

ADAM17 viene attivato in risposta al danno, portando alla proliferazione delle cellule mesangiali e all'accumulo di ECM. Come accennato in precedenza, ADAM17 partecipa allo spargimento di ligandi dell'EGFR per attivare l'EGFR e induce la fosforilazione dell'ERK a valle. L'inizio della segnalazione a valle guida la proliferazione cellulare, la migrazione e l'apoptosi [36, 37]. Inoltre, coinvolgendo la via dell'EGFR, ADAM17 induce l'accumulo di matrice glomerulare che porta alla glomerulosclerosi e alla fibrosi interstiziale. Studi su cellule mesangiali hanno dimostrato che in condizioni di glucosio elevato, ADAM17 è attivato e regola il TGFa profibrotico nell'accumulo di proteine ​​della matrice [38, 39]. Questi effetti sono annullati da TAPI2, un inibitore di ADAM17, bloccando l'accumulo di collagene glomerulare [40]. Inoltre, ADAM10 e ADAM17 mediano il rilascio di CXCL16 nelle cellule mesangiali, promuovendo la proliferazione e la migrazione cellulare. In particolare, sia ADAM10 che ADAM17 sembrano partecipare al reclutamento di cellule immunitarie nel glomerulo per guidare il processo infiammatorio [41]. Inoltre, ADAM15 partecipa alla riorganizzazione della matrice mesangiale e alla migrazione delle cellule mesangiali nelle malattie [42]. Questi risultati indicano che gli ADAM sono coinvolti centralmente nella risposta delle cellule mesangiali a seguito di lesioni.

4.3. Podociti

I podociti svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della barriera di filtrazione glomerulare e quindi sono il principale bersaglio di lesioni in varie malattie glomerulari. In caso di lesione, i podociti subiscono cambiamenti morfologici, tra cui la cancellazione del processo del piede, la forma irregolare e le goccioline citoplasmatiche, che alterano la costruzione della membrana basale glomerulare portando alla proteinuria. Inoltre, i podociti generano specie reattive dell'ossigeno e aumentano l'espressione dei recettori TGFb e delle chemochine per attivare i segnali associati all'infiammazione, che a loro volta promuovono il danno dei podociti [43].

L'aumentata espressione di ADAM10 e ADAM17 costituisce il principale fattore di lesione dei podociti nelle malattie glomerulari. La lesione prolungata dei podociti porta all'attivazione del segnale ADAM17/EGFR, che diminuisce la permeabilità dei podociti e induce la rigenerazione dei podociti. Dey et al. hanno dimostrato che l'attivazione dell'EGFR dipendente da ADAM17- ha modificato la permeabilità dei podociti promuovendo il riarrangiamento della proteina zonula occludens-1, mentre questi effetti sono stati attenuati dall'inibizione dell'EGFR e dalla down-regulation di ADAM17 [44]. Nei podociti umani in coltura, l'inibizione di ADAM17 riduce lo spargimento costitutivo e indotto dall'estere del forbolo del ligando EGFR TGFa così come la proliferazione cellulare [13]. Inoltre, ADAM10 e ADAM17 sono coinvolti nel rilascio di CXCL16 dai podociti, che svolge un ruolo importante nella mediazione dei fattori infiammatori e della migrazione dei podociti. CXCL16 è un recettore scavenger e il suo rilascio media l'assorbimento di ox-LDL per indurre specie reattive dell'ossigeno e fibronectina nei podociti [45]. Un altro studio ha rivelato che il rilascio di CXCL16 mediato da ADAM10- modulava il citoscheletro di actina, oltre a favorire la migrazione dei podociti [46]. In particolare, ADAM10 è stato identificato come il principale regolatore della segnalazione di Notch, che prende parte allo sviluppo della malattia glomerulare. Diversi studi hanno suggerito che l'attivazione di Notch nei podociti contribuisse alla cancellazione del processo del piede e successivamente all'albuminuria e alla glomerulosclerosi [47]. La complessa rete regolatoria tra la segnalazione di ADAM10 e Notch nella lesione dei podociti deve ancora essere chiarita.

Chiedi di più: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501