Simpson-Golabi-Behmel Sindrome
In stridente contrasto con l’umano sindromi che producono sottosviluppati reni, i pazienti con Simpson-Golabi-Behmel sindrome (gli organismi sportivi; OMIM 312879) sviluppare rene cistico displasia dalla crescita eccessiva di ureteri e condotti di raccolta. Questa sindrome legata all’X è causata da mutazioni nel gene glypican-3 (GPC3), che codifica per un proteoglicano haparan solfato.215 Queste mutazioni sono tipicamente microdelezioni che comprendono uno o più degli otto esoni e si prevede che non producano alcuna proteina funzionale. La perdita di espressione di GPC3 causa una crescita eccessiva al di sopra del 97 ° percentile, alta statura, faccia “grossolana”, capezzoli soprannumerari, difetti cardiaci congeniti, ipotonia muscolare generalizzata e MCDK. C’è un aumentato rischio di neoplasia nell’infanzia, in particolare il tumore di Wilms.216 Superficie cellulare haparan solfato proteoglicani come GPC3 sono ben noti per il loro ruolo nel controllo della crescita agendo come co-recettori per la segnalazione del fattore di crescita (vedi Fig. 5-5).217
La perdita di Gpc3 nei topi riassume alcune delle caratteristiche chiave di SGBS, tra cui la crescita eccessiva e i reni displastici cistici.218 Lo sviluppo del rene è accelerato nelle fasi iniziali quando i topi Gpc3-null presentano reni più grandi con un numero maggiore di rami di gemme ureteriche. Formando correttamente le strutture mesenchimali si condensano nei siti delle punte delle gemme ureteriche e i reni appaiono maturi per la loro età gestazionale. La crescita eccessiva del rene sembra essere guidata da una maggiore proliferazione del germoglio ureterico, in quanto il livello di proliferazione delle cellule mesenchimali non differisce dai reni di tipo selvaggio. Più tardi nello sviluppo (E16.5), quando il rene avrebbe dovuto organizzarsi in compartimenti corticali e midollari, i reni mutanti non contengono alcun sistema di raccolta midollare riconoscibile. Invece, numerose cisti occupano lo spazio midollare, che sta degenerando rapidamente a causa di un aumento della morte cellulare per apoptosi.219 La crescita eccessiva dell’uretere e la formazione di cisti midollari sembrano essere un effetto cellulare autonomo della perdita di Gpc3 nei condotti di raccolta, sebbene sia espresso anche nel mesenchima metanefrico.218
SGBS ha una forte somiglianza con un’altra sindrome da crescita eccessiva, Beckwith-Wiedemann (OMIM 130650), che è associata alla perdita di imprinting di diversi geni incluso il fattore di crescita insulino-simile IGF2 (rivisto in Li et al220). Questa sindrome inoltre provoca i reni ingrandetti ed il tumore di Wilms; pertanto, l’eziologia di SGBS inizialmente è stata ipotizzata per essere collegata alla segnalazione IGF2. È stato proposto che GPC3 serva da regolatore negativo di segnalazione IGF2 competendo per il legame IGF2 con il suo ricevitore.215 In assenza di GPC3, la segnalazione IGF2 sarebbe migliorata e la crescita eccessiva si verificherebbe in un paradigma simile ai topi che sovraesprimono IGF2. 221 Tuttavia, numerosi studi hanno contraddetto questa ipotesi dimostrando che GPC3 non influenza direttamente la via di segnalazione IGF.218,222,223 Invece, sembra modulare le vie di segnalazione alternative importanti per lo sviluppo del rene.
La segnalazione del fattore di crescita attraverso proteine mediate dal solfato di haparan come Gpc3 è fondamentale per lo sviluppo renale, perché un topo knockout per un enzima che catalizza la formazione di proteoglicani di solfato di haparan, haparan solfato-2-sulfotransferasi, esibisce agenesia renale bilaterale.224 L’uretere cresce e invade il mesenchima metanefrico ma non si ramifica. Questo fenotipo potrebbe essere mediato in parte dall’interazione della segnalazione Gpc3 e FGF.223 A sostegno di ciò, i topi Fgf10-null presentano displasia midollare.225 Considerando che la maggior parte delle proteine contenenti haparan solfato ha dimostrato di attivare la segnalazione Fgf, Gpc1 può inibire la segnalazione Fgf in modo haparan solfato–dipendente.226 Pertanto, un meccanismo simile suggerirebbe che la perdita di Gpc3 in SGBS aumenterebbe la segnalazione Fgf e promuoverebbe ulteriormente la crescita e la ramificazione dell’uretere. Questo sembra probabile, perché l’aggiunta di un Fgf simile, Fgf7, agli espianti renali Gpc3-null E12.5 stimola la formazione del punto di ramo dell’uretere quattro volte rispetto al tipo selvaggio.219 Pertanto, la crescita eccessiva dell’uretere e la formazione di cisti nei pazienti SGBS possono derivare, in parte, da un aumento della segnalazione FGF.
Un altro fattore di crescita che è probabilmente influenzato nei pazienti con SGBS è la famiglia delle proteine morfogenetiche ossee (BMPs). La perdita di una copia del gene Bmp4 causa un fenotipo displastico midollare simile a SGBS,227 e la combinazione di questi topi con un allele Gpc3-null provoca difetti degli arti più gravi e più penetranti non osservati in entrambi i mutanti individualmente.228 Espianti renali embrionali e colture di cellule del condotto di raccolta da topi Gpc3-null non sono più in grado di rispondere correttamente alle Bmp, corroborando l’idea che Gpc3 sia coinvolto nella via di segnalazione Bmp.219 La perdita di una copia di un gene Bmp simile, Bmp2, combinato con l’allele Gpc3-null provoca aumenti sinergici nella proliferazione delle gemme ureteriche.229 In questi topi, la perdita di Gpc3 diminuisce i livelli di Smad1 recettore-fosforilato, suggerendo che Gpc3 attiva la via Bmp a livello dell’interazione ligando-recettore. Questi dati implicano che l’ipotesi che i glypicans agiscono come co-recettori per promuovere la segnalazione Bmp in Drosophila può essere anche essere vero per il rene vertebrato.230
Glypicans è stato anche dimostrato di regolare i sistemi di segnalazione Wnt e hedgehog in Drosophila.231.232 Il sistema di segnalazione Wnt è interessato nel topo Gpc3-null e la sovraespressione di Gpc3 nelle cellule del mesotelioma ha l’effetto opposto.233 Si è tentati di ipotizzare che Gpc3 moduli l’attività Wnt11 nelle punte dell’uretere di ramificazione per controllare la crescita e la ramificazione come fa quando si controlla la polarità cellulare nel pesce zebra.234 Un meccanismo d’azione altrettanto probabile è che Gpc3 partecipa alla segnalazione di hedgehog. Il fattore di crescita sonic hedgehog è fortemente espresso nei dotti di raccolta midollare e la cancellazione Shh provoca una simile interruzione della maturazione del midollo renale.100 La Drosophila glypican Dally-like è richiesta per la trasduzione del segnale hedgehog a monte o a livello del recettore; pertanto, è possibile che la segnalazione di hedgehog carente tra l’uretere e il mesenchima midollare inneschi l’apoptosi e la formazione di cisti nel midollo dei pazienti SGBS.219,235