Identification of time- and sex-dependent pathways involved in renal ischemia-reperfusion injury in a porcine model. Link to renal cancer

Abstract

Les malalties renals es deriven de defectes congènits, lesions renals agudes (AKI) o malalties renals cròniques (CKD), entre altres causes. La lesió renal d’isquèmia /reperfusió (IRI), que es troba en moltes situacions clíniques, és una de les causes principals de l’AKI que causen lesions i mort de cèl·lules epitelials del túbul proximal (PTEC). La gravetat de l’AKI i la capacitat de regenerar-se després de la lesió són determinants importants de la morbiditat i mortalitat dels pacients en un entorn hospitalari. Els homes són més propensos a la malaltia renal aguda i crònica i a avançar fins a la malaltia renal en fase final (ESRD) que les dones i actualment s’accepta que els andrògens, i no l’absència d’estrògens, són responsables d’això. S’accepta que la regeneració per PTEC supervivent és el mecanisme predominant de reparació/regeneració després de lesions tubulars isquèmiques al ronyó adult de mamífer. Les PTEC són també el lloc on s’origina el carcinoma de cèl·lules renals de cèl·lules clares (ccRCC) en humans. El ccRCC també presenta diferències de sexe, amb els homes que tenen gairebé el doble de la incidència de les dones a nivell mundial. Això va conduir a la hipòtesi que la regeneració després de lesions renals i el desenvolupament de ccRCC podrien compartir repertoris d’expressió gènica similars. Els andrògens són molt rellevants en el desenvolupament dels ronyons, cosa que suggereix que la regeneració i el càncer en les cèl·lules del túbul proximal poden recapitular, en part, els programes dependents dels andrògens en el desenvolupament del ronyó. En aquest projecte, hem volgut trobar dianes que participin en la regeneració renal i en processos de càncer renal. A més, ens va interessar estudiar la regulació de l’hormona sexual en aquestes vies. Es van realitzar anàlisis detallades de dades transcriptòmiques d’un model porcí d’AKI. Es van determinar gens que expressaven un dimorfisme sexual a tota la IRI i es van validar dianes en mostres humanes. A més, es van determinar els conjunts de gens implicats en la IRI i es van caracteritzar de manera sexual i de temps. Vam trobar que els grups genètics relacionats amb els processos de regeneració eren més actius en les dones que en els homes. A més, la resposta immune a la lesió va ser més gran en homes que en dones. Després, van vincular els processos de regeneració amb ccRCC mitjançant la superposició entre les anàlisis del transcriptomes AKI i ccRCC. A més, hem trobat diferències importants entre els transcriptomes de ronyó de ratolí i de porc després de la lesió renal. Es va establir un model in vitro d’IRI renal i es va permetre validar parcialment les troballes in vivo. Entre d’altres, vam observar que durant la IRI renal, STAT3 està regulat per la fosforilació de diferents residus. Aquest estudi constitueix una caracterització extensiva de les diferències de sexe existents durant la IRI renal. Ofereix una plantilla per caracteritzar més les diferències de sexe en malalties renals a nivell molecular.

Las enfermedades renales se derivan de defectos congénitos, lesiones renales agudas (AKI) o enfermedad renal crónica (CKD), entre otras causas. La lesión renal de isquemia / reperfusión (IRI), que se encuentra en muchas situaciones clínicas, es una de las causas principales de AKI que causan lesiones y muerte de células epiteliales del túbulo proximal (PTEC). La gravedad de AKI y la capacidad de regenerarse después de la lesión son determinantes importantes de la morbilidad y mortalidad de los pacientes en un entorno hospitalario. Los hombres son más propensos a la enfermedad renal aguda y crónica y avanzar hasta la enfermedad renal en fase final (ESRD) que las mujeres y actualmente se acepta que los andrógenos, y no la ausencia de estrógenos, son responsables de esto. Se acepta que la regeneración por PTEC superviviente es el mecanismo predominante de reparación/regeneración después de lesiones tubulares isquémicas en el riñón adulto de mamífero. Las PTEC son también el lugar donde se origina el carcinoma de células renales de células claras (ccRCC) en humanos. El ccRCC también presenta diferencias de sexo, con los hombres que tienen casi el doble de la incidencia de las mujeres a nivel mundial. Esto condujo a la hipótesis de que la regeneración después de lesiones renales y el desarrollo de ccRCC podrían compartir repertorios de expresión génica similares. Los andrógenos son muy relevantes en el desarrollo de los riñones, lo que sugiere que la regeneración y el cáncer en las células del túbulo proximal pueden recapitular, en parte, los programas dependientes de los andrógenos en el desarrollo del riñón. En este proyecto, hemos querido encontrar dianas que participen en la regeneración renal y en procesos de cáncer renal. Además, nos interesó estudiar la regulación de la hormona sexual en estas vías. Se realizaron análisis detallados de datos transcriptómicas de un modelo porcino de AKI. Se determinaron genes que expresaban un dimorfismo sexual en toda la IRI y se validaron dianas en muestras humanas. Además, se determinaron los conjuntos de genes implicados en la IRI y se caracterizaron de forma sexual y de tiempo. Encontramos que los grupos genéticos relacionados con los procesos de regeneración eran más activos en las mujeres que en los hombres. Además, la respuesta inmune a la lesión fue mayor en hombres que en mujeres. Después, hemos vinculado los procesos de regeneración con ccRCC mediante la superposición entre los análisis del transcriptomas AKI y ccRCC. Además, encontramos diferencias importantes entre los transcriptomas de riñón de ratón y de cerdo tras la lesión renal. Se estableció un modelo in vitro de IRI renal y se permitió validar parcialmente los hallazgos in vivo. Entre otros, observamos que durante la IRI renal, STAT3 está regulado por la fosforilación de diferentes residuos. Este estudio constituye una caracterización extensiva de las diferencias de sexo existentes durante la IRI renal. Ofrece una plantilla para caracterizar más las diferencias de sexo en enfermedades renales a nivel molecular.

Kidney diseases arise from congenital defects, acute kidney injury (AKI) or chronic kidney disease (CKD), among other causes. Renal ischemia/reperfusion injury (IRI), which is faced in many clinical situations, is a major cause of AKI leading to injury and death of proximal tubule epithelial cells (PTEC). The severity of AKI and the capacity to regenerate after injury are important determinants of patient morbidity and mortality in the hospital setting. Men are more prone to acute and chronic kidney disease and to progress to end-stage renal disease (ESRD) than women and it is currently accepted that androgens, and not the absence of estrogens, are responsible for that. It is accepted that regeneration by surviving PTEC is the predominant mechanism of repair/regeneration after ischemic tubular injury in the adult mammalian kidney. PTEC are also the site where the clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) originates in humans. ccRCC also exhibits sex differences, with males having almost twice the incidence of females globally. This led to the hypothesis that regeneration after kidney injury and ccRCC development might share similar gene expression repertoires. Androgens are very relevant in kidney development, which suggests that regeneration and cancer in proximal tubule cells might recapitulate, in part, androgen-dependent programs in kidney developmental. In this project, we aimed to find targets that participate in renal regeneration and in renal cancer processes. Moreover, we were interested to study the sex hormone regulation of these pathways. Thorough analyses of transcriptomic data from a porcine model of AKI was performed. We determined genes that expressed a sexual dimorphism throughout IRI and we validated theses targets in human samples. Furthermore, we determined the gene sets involved in IRI and characterize them in a time and sex manner. We found that gene sets related to regeneration processes were more active in females than in males. Also, the immune response at injury was higher in males than in females. Afterwards, we linked regeneration processes with ccRCC by the overlap between AKI and ccRCC transcriptome analyses. Besides, we found major differences between the mouse and the pig kidney transcriptomes upon renal injury. An in vitro model of renal IRI was established and allowed to partially validate the in vivo findings. Among others, we observed that during renal IRI, STAT3 is regulated by phosphorylation of different residues. This study constitutes an extensive characterization of the sex differences that exist during renal IRI. It offers a template for further characterization of sex differences in kidney diseases at the molecular level.