Loss of cilia suppresses cyst growth in genetic models of autosomal dominant polycystic kidney disease. Ma et al. (2013) Nature Genetics 45(9):1004-1012

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) (MIM# 173900) характеризуется прогрессивной потерей фильтрации почечными клубочками, вызываемым образованием жидкостью заполненных кист в эпителии клубочков. Возраст начала варьирует значительно, это может вызывать гипертензию, образование кист в др. органах, особенно в печени и субарахноидальные кровоизлияния из внутримозговых аневризм и конечной стадией является почечная болезнь [1]. Идентификация мутаций в любом из двух генов polycystin Pkd1 и Pkd2 являются наиболее распространенной причиной ADPKD. Белки polycystin PC1 и PC2 являются компонентами первичных ресничек эпителиальных клеток, подверженных образованию кист. Первичная ресничка состоит из аппарата intra-flagellar transport (IFT), нарушение которого приводит к образованию кисту мышей. Однако, неизвестно, является ли потеря polycystins или персистенция интактных ресничек, лишенных PCs, причиной изменений в передаче сигналов, участвующих в последующем росте кист.

Ma et al., использовали элегантный генетический подход для вычленения путей, которые зависят от интактных ресничек, лишенных polycystins, которые приводят к быстрому росту кист. Используя мышиные модели с ткане-специфичным конститутивным и индуцибельным нокаутом Pkd1 и Pkd2 в комбинации с нокаутом Kif3a и Ift20 (интегральные компоненты IFT ресничек), авт. показали, что разрушение ресничек замедляет рост кист, вызываемых потерей polycystins. Сопутствующая потеря Pkd1 и Pkd2 вместе с Kif3a и Ift20, соотв., вызывает фенотип, промежуточный по сравнению с таковым от потери только polycystins. Потеря polycystins приводит к быстрому росту кист, но не влияет на образование ресничек. Реснички полностью отсутствуют у мышей, лишенных или Kif3a, или Ift20 белков. Экспрессия polycystin всё ещё присутствует в клетках, лишенных ресничек и локализуется в местах клеток вне ресничек.

Умеренная тяжесть образования кист, вызываемая разрушением только ресничек намекает на возможную супрессирующую роль сохранения экспрессии polycystin. Недавно было сообщено, что доза гена Pkd1 управляет тяжестью ADPKD [2]. Авт. проверяли эту гипотезу, используя мышей, гетерозиготных по Pkd1 в почечном эпителии, чтобы снизить дозу гена, или мышей, экспрессирующих три копии BAC транс генного варианта, чтобы повысить дозу гена. Ни одна из двух моделей не обнаруживала отличий в образовании кист, индуцируемых разрушением ресничек, указывая тем самым, что локализация в ресничках polycystins обязательна для их супрессивного действия. Это указывает на то, что потеря polycystins вызывает образование кист зависимым от ресничек образом, но потеря ресничек вызывает образование кист образование кист, независимое от функции polycystin.

Затем авт. тестировали, зависит ли тяжесть болезни от зависимой во времени персистенции ресничек после потери polycystin. Сравнивали по возрасту двойные нокауты для гомозиготного Pkd1; одиночная копия Kif3a имеет низкий показатель кист по сравнению с двойными нокаутами гомозиготных Pkd1 и Kif3a. Поскольку мыши с одиночной копией Kif3a относительно быстро теряют реснички, период персистенции ресничек после потери polycystin был меньше, чем у гомозиготных по Kif3a мышей. Поэтому авт. пришли к выводу, что показатель кист и тяжести непосредственно зависит от от периода, в течение которого персистирует свободная от polycystin ресничка.

Затем используя TetO-cre индуцибельных мышей, авт. повторили эти находки на взрослых мышах, где одновременное отсутствие как polycystin, так и разрушение ресничек снижало тяжесть болезни. TetO-Cre индуцибельная система позволила авт. идентифицировать нижестоящие компоненты вновь идентифицированного зависимого от ресничек пути активации кист. Они проверяли активность MAPK/ERK, mTOR и cAMP путей, каждый из которых участвует у модельных мышей в кистозной болезни и становятся мишенью для пре-клинических и клинических вмешательств у человека. Не выявлено достоверной корреляции между активностью ERK и mTOR и показателем кист. Наконец, активация cAMP response element binding protein (CREB) достоверно увеличивалась спустя 8- и 14 недель после индукции нокаутов по Pkd1. Уровни ядерного активного CREB были сравнимы между двойными нокаутами и контролем. Однако, не происходило активации CREB в проксимальных канальцах, независимо от генотипа или количества кист. Итак, эти данные указывают на то, что присутствие нового зависимого от ресничек пути, способствующего кистам, который супрессируется функциональными polycystins представлен на Fig. 1. Идентификация нижестоящих компонентов пути позволит определить главные мишени для вмешательства в ADPKD.

Figure 1. Ciliary processes leading to cyst formation. Wild type mice repress the cilia-dependent activation pathway via PC1 & PC2. ADPKD mice lack functional PC and hence overactivate cilia-dependent cyst growth. cAMP is a putative downstream intermediate of the pathway (Red lines = inhibition; Dotted lines = multiple steps; ? = mediator unknown).