Respuesta al estrés del retículo endoplásmico en el daño renal agudo

Resumen

La insuficiencia renal aguda (IRA) se define como una rápida disminución de la función renal, siendo un factor importante en la progresión hacia el daño renal crónico y la pérdida completa de la función del órgano. Se origina por un daño inicial agudo (nefrotoxicidad, sepsis o isquemia) que conlleva cambios en la homeostasis proteica, induciendo un estrés de retículo endoplásmico (RE) en las células del túbulo renal, y activando la respuesta a proteínas mal plegadas (Unfolded Protein Response, UPR). Esta ruta se inicia con la activación de tres proteínas (IRE1α, ATF6 y PERK), cuya señalización lleva a incrementar la expresión de numerosos genes con el fin de mantener la homeostasis celular. IRE1α activa el factor de transcripción (FT) XBP1, clave en la expresión de genes que regulan la autofagia, mientras que PERK, inhibe la síntesis general de proteínas y permite la activación de los FT ATF4 y CHOP. Sin embargo, si el estrés de RE es intenso o prologando se desencadena la vía apoptótica (muerte celular e inflamación), agravando el daño renal. En la patología renal, las modificaciones de histonas se han visto asociadas al daño y a la progresión de la enfermedad. Concretamente, la familia de proteínas BET, lectores epigenéticos que regulan la transcripción mediante la unión a regiones acetiladas de las histonas, está implicada en los procesos de inflamación y fibrosis, por lo que su modulación farmacológica ha sido propuesta como un nuevo abordaje terapéutico en la patología renal. En base a estos antecedentes, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido identificar los mecanismos epigenéticos, y de forma específica los mediados por las proteínas con bromodominios BET y la metilación de histonas, implicados en la activación de la respuesta a proteínas mal plegadas en el daño renal agudo inducido por isquemia, y su papel como potenciales dianas terapéuticas. Los resultados revelan que las proteínas BET (principalmente BRD4), regulan la expresión de la chaperona GRP78 y de los FT ATF4 y XBP1 en las células del epitelio tubular renal sometidas a daño renal mediado por estrés de RE. BRD4 reconoce y se une a las histonas acetiladas presentes en la región reguladora de los genes GRP78, ATF4 y XBP1 reclutando el complejo transcripcional pTEF-b que activa a la RNA-pol II y permite la transcripción génica. La administración del inhibidor de proteínas BET, JQ1, en un modelo animal de daño renal inducido por isquemia/reperfusión disminuye la activación de UPR, la expresión de genes inflamatorios y apoptóticos, y por consiguiente se observa un menor daño tisular y la recuperación de la función renal. Estudios del perfil transcripcional en genoma completo, tras el silenciamiento estable de XBP1 y ATF4 mediante tecnología CRISPR-Cas9 en células epiteliales de túbulo renal, revelan que la mayoría de las rutas adaptativas desencadenadas tras la activación de UPR dependen de XBP1 y son parcialmente reguladas por JQ1. Por el contrario, ATF4 regula principalmente las vías asociadas con procesos inmunes, inflamatorios y apoptóticos, siendo estas las más susceptibles de modulación por el inhibidor de proteínas BET, JQ1. El análisis de las dinámicas de metilación en los residuos de la histona H3, mostró que las modificaciones H3K9me3 y H3K27me3 son fundamentales en la represión transcripcional de ATF4 y XBP1. En condiciones de estrés de RE, la inhibición farmacológica de sus histonas desmetilasas, KDM4c y JMJD3 impide la expresión de estos factores transcripcionales y en consecuencia la activación de los mecanismos moleculares que dependen de los mismos. En conclusión, los resultados derivados de esta tesis muestran que los mecanismos epigenéticos mediados por las proteínas BET (BRD4) y las trimetilaciones en H3K9 y H3K27, juegan un papel esencial en la expresión de las moléculas GPR78, ATF4 y XBP1 y en consecuencia en la regulación de la respuesta a proteínas mal plegadas desencadenada durante el daño renal agudo. La inhibición farmacológica de las proteínas BET con JQ1 podría tener importantes implicaciones terapéuticas para aliviar el daño renal agudo y frenar la progresión hacia una enfermedad renal crónica.