O nouă paradigmă în tratamentul ischemiei - Contribuția medicinescențelor Drosophila

Începutul paginii
rezumat
Transpunere .
Cererea pentru .
Concluzie
Link-uri de interes
Referințe
lista figurilor

O nouă paradigmă în tratamentul ischemiei

Contribuția Drosophila

O nouă paradigmă în tratamentul ischemiei. Învățând de la drosophila

UMR 6097 Universitatea Côte d´Azur, LP2M Facultatea de Medicină, 28 avenue de Valombrose, 06107 Nice Cedex France

Ischemia este una dintre preocupările majore ale clinicienilor care se confruntă în mod constant cu aceasta, atât din punct de vedere chirurgical, cât și din punct de vedere patologic. Consecințele stresului ischemic sunt dramatice și pot duce la dizabilități organice, motorii sau cognitive. În prezent nu există identificate ținte moleculare a căror direcționare ar putea fi benefică în acest domeniu. A zbura Drosophila melanogaster, folosit ca model de animal, a condus la o descoperire majoră, permițând identificarea unei ținte farmacologice complet noi a cărei inhibare crește semnificativ toleranța la hipoxie. Aplicată unui model preclinic de transplant renal, această nouă abordare îmbunătățește în mod clar recuperarea funcțională a grefei pe termen lung. Această revizuire urmărește pașii care au făcut posibilă transferarea unei ținte identificate în Drosophila la mamiferul superior, ceea ce arată clar, dincolo de cercetarea de bază, contribuția pe care un organism model o poate aduce la clinică.

Ischemia este una dintre preocupările majore ale clinicienilor care se confruntă în mod constant cu aceasta, atât în aspectele chirurgicale, cât și în cele patologice. Consecințele stresului ischemic sunt dramatice și pot duce la dizabilități organice, motorii sau cognitive. În prezent, nu există o țintă moleculară specifică identificată a cărei direcționare ar putea fi benefică în acest domeniu. Ceai Drosophila melanogaster musca, utilizată ca model de animal, a făcut posibilă evidențierea unui avans major, permițând identificarea unei ținte farmacologice complet noi a cărei inhibare crește semnificativ toleranța la hipoxie. Aplicată unui model preclinic de transplant renal, această nouă abordare îmbunătățește semnificativ recuperarea funcțională a grefei pe termen lung. Această mini-sinteză retrage pașii care au făcut posibilă transferarea către mamiferele superioare a unui concept evidențiat în Drosophila care arată clar, dincolo de cercetarea de bază, contribuția pe care un organism model o poate aduce la clinică.

Articol publicat în condițiile definite de licența de atribuire Creative Commons CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), care autorizează fără restricții utilizarea, distribuirea și reproducerea pe orice suport, fie sub rezerva citării corecte din publicația originală.

Privarea de oxigen este dăunătoare pentru corpul uman, iar cercetările clinice se confruntă cu o provocare formidabilă în fața tulburărilor fiziologice asociate cu ischemia. În toate cazurile, întreruperea alimentării cu sânge a țesuturilor țintă declanșează procese ireversibile de moarte celulară care poate duce la o deteriorare dramatică a autonomiei cognitive sau motorii a pacienților. Această oprire a aprovizionării cu țesuturi poate fi programată, ca în cazul transplantului de organe și a intervențiilor chirurgicale aortice, sau fiziopatologică, ca și în cazul apariției unui accident cerebrovascular (accident vascular cerebral) sau a unui infarct coronarian. În ciuda unui număr mare de studii clinice, se pare că până în prezent niciun tratament farmacologic nu s-a dovedit a fi cu adevărat eficient. Dacă luăm cazul accidentului vascular cerebral, care este una dintre cauzele majore de deces, singurul tratament aplicat rămâne tromboliza, cu ferestre de timp foarte înguste asociate cu riscuri semnificative de sângerare.

Pentru a evita acest impas, revenirea la organizațiile model poate, în virtutea ușurinței lor relative de utilizare și a complexității mai puține, să ofere răspunsuri inovatoare. Această abordare reducționistă a permis, în trecut, dezvoltarea de noi concepte biologice. Dacă ne întoarcem în timp și dacă luăm exemplul creierului, molusca gastropodă marină Aplysia californica, totuși foarte îndepărtat de fiziologia mamiferelor, luat ca model de animal de Ladislav Tauc [3], are o istorie venerabilă ca model al funcționării sistemului nervos și mai ales al transmiterii sinaptice [4], cu o importanță deosebită în învățare și studii de memorie. Mai mult, în 2000, Eric Richard Kandel, neurofiziolog, a împărtășit cu Arvid Carlsson, Paul Greengard și Eric Kandel 1, Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină pentru munca sa asupra bazelor moleculare ale memoriei și memoriei pe termen scurt. condus pe aplysia.

În ceea ce privește ischemia, întoarcerea la un organism model a arătat recent progrese promițătoare: era rezonabil să presupunem că, deoarece oxigenul este necesar pentru toate organismele aerobe de pe pământ, de la cele mai simple la cele mai complexe, mecanisme de apărare împotriva sărăcirii sale în interiorul celulelor au fost înființate foarte devreme și au rămas păstrate în timpul evoluției. În 2006, Vigne și Frelin [5] au dezvoltat o nouă abordare fiziologică a hipoxiei la Drosophila, o insectă care împarte multe procese biologice cu vertebratele. Simplitatea sa relativă și ciclul biologic scurt, asociate cu o ușurință mare a reproducerii, lipsite de orice risc de agresivitate sau transmitere a bolii, au făcut din acesta un instrument esențial pentru comunitatea științifică în domeniile dezvoltării, îmbătrânirii, memoriei și învățării, ritmurilor circadiene sau cancer.

S-a știut că restricția dietetică crește durata de viață a Drosophila [6, 7]. De asemenea, există o relație între dietă și rezistența la hipoxie la Drosophila? Aceasta este întrebarea pe care și-au pus-o Vigne și Frelin. Într-o atmosferă sărăcită în oxigen (5% O2), Drosophila hrănită cu o dietă echilibrată de proteine (10% drojdie sau 10% cazeină) și carbohidrați (10% zaharoză), au o durată medie de viață de 6 zile (Figura 1). Aceleași muște, hrănite doar cu o soluție de zaharoză, văd că durata lor de viață medie crește la peste 16 zile. Prin urmare, pare clar că proteinele sunt toxice pentru Drosophila menținute în hipoxie cronică și că nu este implicat aportul de calorii, ci natura proteică a dietei lor [7].

Indicele de supraviețuire al muștelor hipoxice în funcție de dietă. Muștele au fost hrănite cu o dietă de zaharoză 10% suplimentată cu aminoacizi (10 mM) reprezentativi pentru clasa lor și curbele de supraviețuire au fost determinate în condiții cronice hipoxice (5% O2). Histograma reprezintă durata medie de viață. Barele negre prezintă situațiile de control care corespund unei diete echilibrate cu proteine și zahăr, o dietă pură de zaharoză și condiții de post. Codurile culorilor au fost folosite pentru a eticheta aminoacizii bazici (albastru), aminoacizii hidrofobi (verzi) aminoacizii acizi (roșii) și aminoacizii hidrofili neutri (galbeni).

Reprezentarea schematică a noului concept farmacologic de protecție a ischemiei și a efectelor inhibitorilor DFMO și GC7. LA. Ciclul ureei generează poliamine din ornitină prin ornitină decarboxilază (5) care este inhibată de DFMO (α-difluorometilornitină). Calea poliaminei trece prin spermidină, care este responsabilă pentru sinteza factorului de inițiere translațional 5A (eIF5A). Activarea eIF5A necesită acțiunea succesivă a DHS (10) și DOHH (11). Acțiunea GC7, un inhibitor competitiv al DHS și, prin urmare, a activării eIF5A, induce toleranță hipoxică și ischemică. B. Efectele intermediarilor ciclului ureei și ale poliaminelor adăugate la o dietă numai cu zahăr asupra indicelui de supraviețuire al Drosophila menținut în hipoxie cronică (5% O2). VS. Efectul DFMO asupra supraviețuirii medii a Drosophila menținută în hipoxie și a cărei dietă dulce conține elementele menționate. D. Efectul GC7 asupra supraviețuirii medii a Drosophila menținută în hipoxie și a cărei dietă dulce conține elementele menționate.

În calea biosintetică a poliaminei, ornitina decarboxilaza este o enzimă cheie. Se află foarte amonte de calea de biosinteză a poliaminei, iar α-difluorometilornitina (DFMO) este un inhibitor selectiv. (Figura 2A). Adăugarea DFMO la o dietă proteică protejează Drosophila de efectele dăunătoare ale hipoxiei. Dimpotrivă, adăugarea de putrescină sau spermidină în prezența DFMO elimină efectul său protector (Figura 2C). Prin urmare, decuplarea ciclului ureei de sinteza poliaminei este implicată aici în toleranța hipoxică.

O ramură a căii poliaminei furnizează spermidină pentru hipusinare (o modificare posttranslațională 2) a factorului de inițiere a traducerii 5A (eIF5A) (Figura 1A). eIF5A este singura proteină cunoscută pentru a conține aminoacidul hipusină care este încorporat în acesta prin intermediul a două reacții enzimatice succesive: dezoxipusina sintază care transferă reziduul de 4-aminobutil al spermidinei la grupa amino a unei lizine specifice din forma inactivă a eIF5A și hidroxilază dezoxipusină care hidroxilează forma deoxihipuzină a eIF5A pentru a da forma sa activă de hipuzină [10]. Acest lanț enzimatic poate fi blocat în mod specific în primul său pas de un derivat de guanil de 1,7 diaminoheptan: GC7 (Figura 1) [11]. Cu toate acestea, GC7 adăugat la o dietă proteică sau la o dietă dulce adăugată cu spermidină sau spermină, crește longevitatea medie a muștelor menținută în hipoxie (Figura 2D) [9].

Blocarea specifică a activării eIF5A induce, prin urmare, o toleranță hipoxică semnificativă la Drosophila. Acest nou concept aruncă o nouă lumină asupra căilor moleculare potențiale implicate în gestionarea oxigenului de către eucariote.

Transpunerea la mamifere

Această strategie, care poate părea reducționistă, capătă o dimensiune cu totul nouă dacă poate avea repercusiuni la mamifere și, în fine, în clinica umană. Organele cele mai sensibile la stresul ischemic sunt creierul, inima și rinichii, datorită capacității lor slabe, dacă există, de regenerare. În timp ce primele două sunt complexe de analizat din punct de vedere funcțional, parametrii renali sunt mai ușor de cuantificat. Prin urmare, am aplicat conceptul de protecție demonstrat în Drosophila pe un model de ischemie renală unilaterală la rozătoare [12], într-un protocol de precondiționare.

(→) Vezi Sinteza lui E. Gothié și J. Pouysségur, Domnișoară nr. 1, ianuarie 2002, pagina 70

Protocol de validare a protecției ischemice pe un model de ischemie renală. LA. Șobolanii sunt pretratați cu GC7 (3 mg/kg) cu 24 de ore și 1 oră înainte de prinderea chirurgicală a arterei renale stângi timp de 40 de minute. La 24 de ore după reperfuzie, funcția renală a animalelor este evaluată prin metoda de eliminare. B. Efectul GC7 asupra markerului pentru deteriorarea tubulară NGAL în unități arbitrare redus la creatinină. VS. Efectul GC7 asupra excreției fracționate de sodiu.

Aplicarea la un model preclinic

Transplantul de organe este unul dintre cele mai bune cazuri pentru aplicarea conceptului demonstrat cu Drosophila și aplicat celulelor de mamifere, deoarece în acest caz ischemia este previzibilă și intervenția chirurgicală planificată. În cazul rinichilor, dializa peritoneală sau hemodializa pot compensa disfuncția renală, dar calitatea vieții pacientului rămâne puternic afectată, iar costurile suportate sunt considerabile pentru societate, deoarece este un tratament recurent. Prin urmare, transplantul de rinichi este în plină expansiune, dar un astfel de entuziasm rămâne dependent de protocoalele farmacologice capabile să îmbunătățească rezistența grefelor la ischemie și recuperarea lor.

Validarea conceptului într-un model preclinic de transplant renal la porci. LA. Reprezentarea schematică a protocolului de transplant renal la porci. B. Ultrastructura marginii periei tubului proximal la 30 de minute după reperfuzie, marginea periei este păstrată la animalele tratate cu GC7 (bară de scală = 0,5 μm). VS. Efectul GC7 asupra nivelului de stres oxidativ la 30 de minute după reperfuzie și măsurat prin etichetare CellROX® (unitate arbitrară). D. Efectul GC7 asupra nivelului fibrozei grefei, la 3 luni de la transplant și măsurat pe secțiuni colorate cu roșu Sirius (unitate abitrea). E.x Efectul GC7 asupra evoluției creatininei plasmatice pe parcursul a 3 luni la animalele transplantate (unitate = μmol/L). Aceste rezultate sunt mijloacele obținute de la 6 animale din fiecare grup

Concluzie

De peste un secol, Drosophila melanogaster este unul dintre cele mai utilizate organisme model pentru cercetarea genetică. Oamenii de știință au încercat să-i înțeleagă biologia și să o raporteze la procesele biologice umane. În ciuda acestui fapt, foarte puține studii au putut fi transferate la fiziologia mamiferelor superioare, așa cum sa făcut în studiile pe care le descriem. O nouă abordare evidențiată în toleranța ischemică arată că avem mai multe în comun cu această mică muștă decât ați putea crede. Această descoperire are un potențial mare, care ar putea fi folosit pentru a dezvolta noi abordări pentru medici pentru toate patologiile în care este preocupată lipsa temporară de oxigen și este o sursă de consecințe dramatice. Această abordare este în prezent testată într-un model de accident vascular cerebral la șoareci. Acesta arată că GC7 este capabil să îmbunătățească semnificativ recuperarea motorie și cognitivă la animale [16].

Link-uri de interes

Autorul declară că nu are nicio legătură de interes cu privire la datele publicate în acest articol.

Pentru descoperirile lor privind transmiterea semnalului în sistemul nervos.