Cómo los microRNAs pueden ayudar a combatir la fibrosis

Ciudad Real, 28 de octubre de 2016.

Conferencia del Profesor Santiago Lamas, Jefe del Grupo de patofisiología molecular de la fibrosis en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa CSIC de Madrid, en el marco del VI Ciclo de Seminarios de Investigación del HGUCR.

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La fibrosis es una patología que puede afectar a distintos órganos de nuestro organismo, incluyendo la piel, el hígado, el pulmón y el riñón. Su establecimiento conduce a la anulación funcional del órgano en cuestión y por ello es un problema clínico relevante.



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El proceso de reparación de una herida incluye varios pasos complejos desde el punto de vista biológico. Tras una respuesta inflamatoria aguda, hay células especializadas en reparar la lesión como los miofibroblastos. Sin embargo la persistencia del proceso inflamatorio puede conllevar una activación continuada de este tipo celular que produce proteínas de matriz extracelular. El depósito en exceso de las mismas conduce a la fibrosis.



Lamas diapositiva 3

Los miofibroblastos son la célula fibrogénica por excelencia. Desde el punto de vista histológico no existe un marcador totalmente específico y por ello se utilizan varios, como los indicados en la diapositiva.



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El origen de los miofibroblastos es distinto dependiendo del órgano o tejido donde se genera la respuesta fibrótica. En el pulmón son los fibroblastos residentes, en el hígado las células estrelladas. En el riñón el origen está controvertido siendo los pericitos una probable fuente.





El factor de crecimiento TGF-beta es una de las citoquinas más importantes implicadas en la fibrogénesis. Su mecanismo de señalización a través de los elementos Smad es bien conocido.



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El estrés oxidativo mantiene una relación estrecha y bidireccional con el proceso de fibrogénesis. El factor TGF-beta es capaz de generar señales pro-oxidativas como por ejemplo un aumento de expresión de NOX4. A su vez, las especies reactivas de oxígeno (ROS) pueden activar la forma latente de TGF-beta y tener acción profibrogénica por sí mismas.





En el momento actual existen pocos tratamientos eficaces para la fibrosis en los diferentes órganos. La tabla resume algunos de ellos, la mayoría en fase de ensayo clínico o de eficacia limitada.





Aunque la fibrosis es un fenómeno plástico y en teoría reversible, ello no siempre es posible y depende del balance entre acúmulo y degradación de matriz. Lograr la reversión de una fibrosis establecida es un objetivo terapéutico fundamental.





Los pasos esenciales de la expresión génica incluyen la transcripción, la formación de un RNA mensajero maduro, su exportación al citoplasma y la traducción y síntesis de proteínas.





Es importante señalar que en las especies más evolucionadas como la humana, una gran parte del RNA no codifica para síntesis proteica sino que parece tener funciones reguladoras. Una porción significativa de este RNA no codificante corresponde a los microRNAs o miRNAs.





Los miRNAs fueron descubiertos a principios de los años 90. Desde entonces se ha demostrado su importancia en la regulación post-transcripcional de la expresión génica. Mediante su capacidad para unirse a la región 3’UTR del ARN mensajero promueven su degradación o desestabilización.





Un mismo miRNA puede tener diferentes efectores (dianas). A su vez un efector o diana puede estar regulado por más de un miRNA. Ello convierte a los miRNAs en reguladores fisiológicos y de cuya acción y balance depende el efecto final sobre la regulación de la expresión génica.





Se ha propuesto que los miRNAs pueden ser herramientas terapéuticas valiosas en varios procesos fisiopatológicos y enfermedades.





Desde el punto de vista terapéutico presentan ventajas e inconvenientes en comparación con fármacos convencionales. Uno de los retos más importantes es conseguir una dispensación adecuada del miRNA en un órgano o tejido de manera selectiva.





Los miRNA circulantes pueden comportarse también como marcadores diagnósticos o pronósticos además de como predictores de la respuesta al tratamiento.





Un subconjunto de los miRNA ha sido denominado “fibromiRS” en relación con su capacidad para modular la respuesta fibrótica.





Una enfermedad importante por la que nos hemos interesado es la fibrosis pulmonar idiopática, que es letal en un corto plazo de tiempo tras instaurarse y para la que las opciones terapéuticas son escasas.





Tras exponer fibroblastos de pulmón humano a estrés oxidativo identificamos un miRNA poco estudiado, miR-9-5p y quisimos conocer su posible papel en la fibrosis pulmonar.



 

Descubrimos dos dianas interesantes para miR-9 5p, el receptor 2 de TGF-beta y la NADPH oxidasa tipo 4.





Nos preguntamos si miR-9-5p puede regular la transformación de fibroblasto en miofibroblasto.







La transfección de fibroblastos pulmonares humanos con miR-9-5p previene la transformación a miofibroblastos analizada por Western blot e inmunocitoquímica. Por el contrario, la inhibición de miR-9-5p exacerba el proceso fibrogénico.







En un modelo murino en vivo de fibrosis pulmonar inducida por bleomicina se observa una fibrosis establecida a partir de los 14 días. En este modelo se observa un aumento de miR-9-5p a los 14 días.





Las partículas lentivirales que vehiculan miR-9-5p son capaces de prevenir la fibrosis en el modelo de bleomicina.





Por el contrario, la reducción de los niveles de miR-9-5p promueve la fibrosis pulmonar en el modelo de bleomicina.





En necropsias de pacientes con fibrosis pulmonar idiopática se encontraron mayores niveles de miR-9-5p.







En determinados tejidos como el peritoneo, la transición mesotelio-mesénquima puede ser uno de los mecanismos que contribuye a la fibrosis. En un modelo de fibrosis peritoneal el tratamiento con miR-9-5p previene el desarrollo de fibrosis.





En el modelo de fibrosis dérmica inducido por bleomicina, miR-9-5p también previene la fibrosis.





Al mismo tiempo que TGF-beta es capaz de promover fibrosis puede autolimitar su acción a través del aumento de la expresión de microRNAs antifibrogénicos como miR-9-5p.





El riñón es un órgano complejo desde el punto de vista de su arquitectura y de su biología celular.





El origen de los miofibroblastos en el riñón sigue sin estar claro. Se acepta que puede haber un porcentaje relativamente bajo de transformación de células epiteliales si bien tros tipos celulares como los pericitos, los fibroblastos residentes o los fibroblastos provenientes de la médula ósea pueden contribuir a la población de miofibroblastos.







La transición epitelio-mesénquima en el riñón es probablemente sólo parcial. Las células epiteliales contribuyen con su programa inflamatorio a su propia transformación en miofibroblastos por transición epitelio-mesénquima (en un porcentaje bajo) y a la transformación de otros tipos celulares.







La fibrosis renal es una situación en la que confluyen muchas patologías que conducen a la insuficiencia renal crónica. En el trasplante renal la perpetuación de la inflamación puede conducir al desarrollo de fibrosis en el injerto.





Se han descrito una serie de genes cuya expresión aumentada o disminuida se asocia con la fibrosis del injerto.





Se ha propuesto que un cambio en el transcriptoma de sólo 13 factores de transcripción puede ser un buen predictor de la fibrosis del riñón trasplantado.

En la enfermedad renal crónica hay una serie de miRNAs que aumentan significativamente respecto a pacientes sanos.





En la enfermedad renal crónica hay una serie de miRNAs que aumentan significativamente respecto a pacientes sanos.





Pueden encontrarse miRNAs que varían su expresión de manera común en diferentes modelos animales de fibrosis renal.






Uno de los modelos de fibrosis renal más utilizado es el de la ligadura unilateral del uréter, modelo que presenta ventajas y limitaciones. Hemos utilizado este modelo para estudiar el papel de miR-9-5p en fibrosis renal.





Se sabe que el antagonismo de miRNAs como miR-21 puede mejorar los cambios fibróticos y metabólicos en modelos murinos de la nefropatía de Alport.





Diversos estudios demuestran que las alteraciones metabólicas como la inhibición de la oxidación de ácidos grasos y la disfunción mitocondrial se asocian con la fibrosis renal.





Así, la oxidación defectuosa de ácidos grasos en el epitelio renal parece jugar un papel importante en el desarrollo de la fibrosis renal.





La oxidación de los ácidos grasos tiene lugar en la mitocondria y es un proceso complejo en el que intervienen muchos enzimas. Uno de ellos es Cpt1a, que es esencial para transportar ácidos grasos de cadena larga al interior de la mitocondria para ser ulteriormente oxidados y producir energía.





Se ha propuesto que TGF-beta, a través de la depleción de factores como PPARGC1a y PPARa inhibe la oxidación de ácidos grasos, contribuyendo así a la depleción energética, muerte celular, atrofia tubular y fibrosis.





Este fenómeno tendría lugar sobre todo en las células del epitelio tubular renal.

Una cuestión esencial es saber si se puede revertir la fibrosis a través de una estrategia basada en miRNA de una reprogramando el metabolismo.





En el laboratorio estamos interesados en identificar miRNAs que puedan regular el proceso de fibrosis renal a través de reprogramación metabólica.





Estamos en el proceso de seleccionar, tras la realización de arrays, varios miRNAs que pudieran ser candidatos adecuados.





Agradezco a los miembros actuales y antiguos del laboratorio, a nuestros colaboradores y a las agencias financiadoras el hacer posible esta investigación.

Profesor Santiago Lamas