ARNm cis PKD1 et PKD2 - Groupe de compteurs d'argent de Nantong

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4765 (2022) Citer cet article

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La maladie polykystique rénale autosomique dominante (PKD), parmi les maladies génétiques humaines les plus courantes et une étiologie fréquente de l'insuffisance rénale, est principalement causée par des mutations hétérozygotes de PKD1. La formation de kystes rénaux se produit lorsque la dose de PKD1 tombe en dessous d'un seuil critique. Cependant, aucun cadre n’existe pour exploiter l’allèle restant ou inverser le déclin de la PKD1. Nous montrons ici que les ARNm produits par l’allèle PKD1 non inactivé sont réprimés via leur élément de liaison 3′-UTR miR-17. L'élimination de ce motif (Pkd1∆17) améliore la stabilité de l'ARNm, augmente les niveaux de polycystine-1 et atténue la croissance des kystes dans les modèles PKD cellulaires, ex vivo et murins. Remarquablement, Pkd2 est également inhibée via son motif 3′-UTR miR-17, et la dérépression de la polycystine-2 induite par Pkd2∆17 retarde la croissance des kystes dans les modèles mutants Pkd1. De plus, le blocage aigu de l’inhibition cis de Pkd1/2, y compris après l’apparition du kyste, atténue la PKD murine. Enfin, la modélisation des allèles PKD1∆17 ou PKD2∆17 dans des cultures primaires de PKD dérivées de patients conduit à des kystes plus petits, une prolifération réduite, une expression plus faible de pCreb1 et un potentiel de membrane mitochondriale amélioré. Ainsi, éviter l’interférence cis 3′-UTR et améliorer la traduction de l’ARNm de PKD1/2 est une approche d’arrêt de l’ADPKD potentiellement indépendante des mutations.

On estime que 12,5 millions de personnes dans le monde souffrent de maladie polykystique rénale autosomique dominante (PKD), ce qui en fait l'une des maladies monogénétiques les plus courantes connues de l'humanité. Une caractéristique clinique de la PKRAD est la croissance incessante d’innombrables kystes remplis de liquide dans les reins, qui remplacent le parenchyme normal et, au fil des décennies, provoquent une hypertrophie rénale bilatérale massive et une insuffisance rénale1. La PKD survient en raison de mutations hétérozygotes avec perte de fonction de la PKD1 (~ 78 % des cas) ou de la PKD2 (~ 15 % des cas). L'hypothèse classique de l'initiation du kyste est qu'en plus d'une mutation inactivatrice de la lignée germinale dans un allèle du gène PKD, il existe une inactivation somatique (appelée deuxième hit) dans l'autre allèle, provoquant une perte complète de l'expression de la polycystine dans la cellule. . Cependant, ces dernières années, plusieurs éléments de preuve soutiennent le seuil de dose génique en tant que mécanisme impliqué dans la cystogenèse2,3. Cette hypothèse postule qu'une perte complète de PKD1 n'est pas nécessaire, mais qu'une cystogenèse s'ensuit si la dose fonctionnelle de PKD1 tombe en dessous d'un seuil critique. Prenant en charge le modèle de dosage génétique, l’inactivation de la seconde mutation hit n’est pas une caractéristique universelle, en particulier dans les petits kystes de la PKRAD4,5,6,7. Il est important de noter que de nombreuses personnes atteintes de PKD continuent d’avoir une expression résiduelle de PC1 car elles sont porteuses de mutations faux-sens (plutôt que d’inactivation) de la lignée germinale PKD18,9,10. Comme preuve de principe, la réduction de la dose de Pkd1 est suffisante pour produire une PKD chez la souris, le porc et le singe4,11,12,13,14,15,16. Ainsi, si une dose réduite provoque la PKD, l’augmentation de l’expression de l’allèle PKD1 normal pourrait arrêter le trouble. Cependant, malgré ce potentiel transformateur, les facteurs régissant le dosage de PKD1 dans la PKD sont pour la plupart inconnus et il n’existe actuellement aucun mécanisme permettant d’activer l’allèle PKD1 normal.

La région 3′ non traduite (3′-UTR), la partie de l'ARNm située immédiatement en aval du codon de terminaison de la traduction, protège l'ARNm de la dégradation et facilite la traduction via sa queue poly (A) . Paradoxalement, le 3′-UTR, via l'interaction avec les microARN (miARN), peut également médier la répression de la traduction ou la morténylation de l'ARNm. La plupart des ARNm 3′-UTR hébergent des éléments de liaison aux miARN (MBE) conservés au cours de l'évolution, ce qui implique que l'inhibition cis de la traduction est un mode omniprésent de régulation de la production génique22. Cependant, cet aspect intrigant de la fonction 3′-UTR est mal défini. La prédiction est que les MBE individuels ont un impact mineur sur la fonction de l’ARNm de l’hôte, étant donné que les miARN agissent principalement comme des rhéostats et répriment modestement les cibles de l’ARNm. Contrairement à cette logique dominante, nous avons estimé que dans certaines circonstances, par exemple lorsque le dosage du gène est déjà réduit en raison d'une haploinsuffisance, l'inhibition cis de l'allèle restant médiée par le MBE pourrait avoir un effet modificateur de la maladie en régissant la production finale de protéines.

100 mg/dl and serum creatinine of >0.4 mg/dl (Fig. 3b). Founder #3 Pkd1RC∆17/- mice exhibited minimal disease progression with average BUN < 30 mg/dl and serum creatinine <0.2 mg/dl (Fig. 3a, b)./p>

95% of dysregulated mRNAs in Pkd1RC/- kidneys showed improved (or normalized) expression in Pkd1RC∆17/- kidneys (Fig. 3c). Consistent with the RNA-seq data, immunoblot analysis revealed reduced c-Myc and Yap1 in the kidneys of 18-day-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Supplementary Fig. 9f). Finally, immunofluorescence analysis demonstrated fewer anti-phospho-Histone-H3-positive cells, indicating lower proliferation, and reduced anti-pCreb1 and anti-MRC1 signals, implying attenuated c-AMP signaling and cyst-associated inflammation, respectively, in kidneys of 18-day-old and 18-week-old Pkd1RC∆17/- mice compared to Pkd1RC/- mice (Fig. 3d)./p> 10-fold higher KW/BW ratio and elevated BUN and serum creatinine in PBS and control oligonucleotide-treated mice compared to age-matched wildtype mice (Fig. 5d–g). Strikingly, PKD was virtually prevented, and renal function remained normal in P18 RGLS4326-treated Pkd1RC/- mice (Fig. 5d–g). In the second study, we began treatment at P16 when Pkd1RC/- mice had already developed cystic disease. By P26, one out of 15 control oligonucleotide-treated mice had died, and the surviving mice had developed progressive kidney enlargement and near-fatal kidney failure. In contrast, we observed attenuation of PKD progression and stabilization of kidney function in RGLS4326-treated Pkd1RC/--KO mice (Fig. 5h–k). Finally, in a third study, we assessed the long-term effects of Pkd1/2 derepression in mice that had already developed PKD. We treated Pkd1RC/- mice on P16 and P17 with the vehicle, 20 mg/kg RGLS4326, or 20 mg/kg control oligonucleotide. These mice then received their respective treatment regimens every week until 18 weeks of age. A fourth group of Pkd1RC/- mice received 20 mg/kg RGLS4326 treatment on P16 and P17 and every other week thereafter. 85.7% (12 out of 14) of PBS-treated and 100% (14 out of 14) of control oligonucleotide-treated Pkd1RC/--KO mice succumbed to their disease before 18 weeks of age. In contrast, 70% (7 out of 10) and 50% (5 out of 10) of Pkd1RC/- mice treated with RGLS4326 bi-monthly or weekly, respectively, survived until 18 weeks of age (Fig. 5m). Furthermore, we noted substantially preserved kidney parenchyma (Fig. 5l and Supplementary Fig. 15) and reduced KW/BW (Fig. 5n) among the surviving mice in the RGLS4326 group. Thus, acute pharmaceutical Pkd1/2 derepression, including after cyst onset, attenuates murine PKD./p>