Focussing on Polycystic Kidney Disease (PKD): Unravelling the molecular mechanisms of cyst formation

Het ontrafelen van het mechanisme van ADPKD (cystenieren) door het bestuderen van de functie en regulatie van PKD1/polycystine-1. Het vinden van nieuwe aangrijpingspunten voor het ontwikkelen van gerichte behandeling.

De ziekte ADPKD, autosomal dominant polycystic kidney disease (cystenieren) is een belangrijke oorzaak van nierfalen. Bij ADPKD-patiënten ontstaan zeer veel steeds groter wordende vochtblazen in de nieren. In de meeste gevallen wordt de ziekte veroorzaakt door een mutatie in het PKD1 gen, wat het eiwit polycystine-1 maakt. Dit eiwit is in verband gebracht met verschillende celfuncties (o.a. interacties met andere cellen, meten van signalen uit de omgeving, celmetabolisme en celgroei). Hoe de mutaties precies leiden tot cystevorming is nog niet bekend. Op dit moment is er geen goede behandeling om de groei van de cysten dusdanig tegen te gaan zodat nierfalen voorkomen kan worden.

Onderzoek naar waarom cysten ontstaan en hoe PKD1/polycystine-1 hierbij betrokken is kan leiden tot nieuwe aangrijpingspunten voor behandelingen tegen ADPKD. De onderzoekers hebben verschillende niercellijnen ontwikkelend met behulp van gezonde nieren en cystenieren die een mutatie in het PKD1 gen hebben. De cellijnen van patiënten en gezonde controlepersonen zijn vergeleken om te onderzoeken wat er misgaat in de cellen die een cyste vormen. Daarnaast hebben de onderzoekers een niercellijn ontwikkeld waarmee onderzocht kan worden welke eiwitten in de cel reguleren hoe het PKD1 gen aangezet wordt. Als laatste hebben de onderzoekers gekeken of er eiwitten in cystevloeistof zitten die aanzetten tot het vormen van nieuwe cysten in de nier. Het remmen van deze eiwitten zou de groei van cysten mogelijk kunnen vertragen.

Vraagstelling.
1.Wat is de functie van PKD1/polycystine-1?
2.Welke eiwitten reguleren het aan/uit zetten van het PKD1 gen?
3.Zitten er eiwitten in cystenvloeistof die aanzetten tot groei van nieuwe cysten?

De onderzoekers hebben op twee verschillende manieren cellijnen ontwikkeld van zowel ADPKD patiënten als gezonde personen om te gebruiken als onderzoeksmodel. Ze hebben pluripotente stamcellen (iPS cellen) gemaakt vanuit volwassen niercellen tubulaire epitheelcellen. Daarnaast hebben ze stamcellen uit de nier geïsoleerd die ze hebben opgegroeid in 3D als nierorganoiden. De cellen afkomstig van de patiënten bevatten allemaal een erfelijke mutatie in het PKD1 gen. Eerder onderzoek heeft beschreven dat er mogelijk extra mutaties in het PKD1 gen ontstaan in de nier, maar dit werd door de onderzoekers niet gevonden. Wel werden mutaties in andere genen gevonden die later in de nier zijn ontstaan en mogelijk een rol hebben gespeeld bij het vormen van de cysten.

Om meer inzicht in de functie van het PKD1 gen te krijgen, werden de cellen van ADPKD patiënten en de gezonde controle personen met elkaar vergeleken. Er zijn geen verschillen aangetoond tussen de cellen met een mutatie in het PKD1 gen en de gezonde cellen in de pluripotente fase (een fase waarin de cel zich nog kan ontwikkelen tot verschillende soorten cellen). Maar in een latere fase van de niercellen zijn er wel verschillen gevonden in eiwitten en genexpressie. Deze genen zijn betrokken bij ontstekingen, celadhesie, TGF-beta signalering, metabolisme, celdeling en DNA herstel methoden.
Deze bevindingen worden gebruikt voor verder onderzoek naar de rol van PKD1 in het ontstaan van cysten.

Verder hebben de onderzoekers hebben gekeken naar welke eiwitten bepalen hoeveel polycystine-1 er van het PKD1 gen gemaakt wordt. Dit is belangrijk omdat een verstoring van een juiste hoeveelheid polycystine-1 in de cel kan cystengroei veroorzaken. Zij hebben dit onderzocht door middel van een nieuwe techniek (CasID). Hiervoor hebben zij een niercellijn ontwikkeld waarin eiwitten die binden aan het PKD1 gen, gemarkeerd worden met een label. Vervolgens hebben ze deze gemarkeerde eiwitten uit de cel gehaald en geïdentificeerd. Verder onderzoek vindt plaats om vast te stellen of en hoe de eiwitten die zich bij het PKD1 gen bevonden het gen harder aan- of uitzetten en daarmee beïnvloeden hoeveel polycystine-1 er in de cel aanwezig is.

Als laatste hebben de onderzoekers gekeken naar waarom cysten ontstaan, door te kijken naar eiwitten die cystegroei kunnen initiëren. Eerder onderzoek wijst erop dat nieuwe cysten ontstaan vlak bij andere cysten. De hypothese van de onderzoekers is dat dit veroorzaakt wordt door signaal-eiwitten die zich in de vloeistof in de cysten bevinden. Zij hebben aangetoond dat cystevloeistof van patiënten inderdaad cystegroei kan geven in niercellen die in het laboratorium zijn opgegroeid. Ook hebben zij gekeken welke eiwitten in de cystevloeistof hiervoor mogelijk verantwoordelijk zijn en hebben hiervoor aantal kandidaat eiwitten geïdentificeerd.
Concluderend, de onderzoekers hebben twee verschillende cellijnmodellen ontwikkeld en deze ingezet om het verschiltussen processen in gezonde en ADPKD cellen te bestuderen met als doel meer inzicht te krijgen in de functie van het PKD1 gen. Daarnaast hebben zij onderzocht hoe het PKD1 gen wordt aangestuurd in de cel. En als laatste hebben zij het effect van eiwitten die zich in cystevloeistof bevinden bestudeerd in hun rol bij het ontstaan van nieuwe cysten. Deze verschillende strategieën hebben als doel om een beter begrip te krijgen waarom cysten ontstaan. Hierdoor kunnen nieuwe aangrijpingspunten geïdentificeerd worden in de toekomst een betere therapie voor patiënten met cystenieren te ontwikkelen.

Soort: cellijnen; fundamenteel
Onderwerp: ADPKD (cystenieren), PKD1, polycystine-1, niercellen: tubulaire epitheelcellen, stamcellen, iPS cellen, nierorganoiden, cystevloeistof