Paper de la via PI3K/AKT/mTOR en la regulació de Klotho renal. Implicacions en la Malaltia Renal Crònica

Abstract

L'expressió renal de Klotho disminueix precoçment en la malaltia renal crònica (CKD), augmentant els nivells circulants de FGF23 i de fosfat. Això afecta negativament la progressió de la malaltia renal i contribueix a l’aparició de complicacions cardiovasculars. Preservar l'expressió renal de Klotho és de gran interès, però els mecanismes subjacents a la reducció no estan clars. Durant les primeres etapes de la CKD, els ronyons activen mecanismes d’hipertròfia, on la via PI3K/Akt/mTOR juga un paper fonamental. El principal regulador negatiu d'aquesta via és PTEN, que redueix l'activació de la senyalització canònica de la insulina. El trasplantament renal és el tractament de elecció per als pacients amb malaltia renal en fase terminal. No obstant això, poden aparèixer complicacions després del trasplantament, com el rebuig, comprometent la funció i la integritat del ronyó trasplantat. Actualment s'administren diferents immunosupressors per prevenir aquesta resposta, com inhibidors de mTOR o antagonistes de la calcineurina. L'objectiu era investigar el paper del PTEN i la via PI3K/AKT/mTOR en els nivells de Klotho renal i la seva possible implicació en la CKD. Vam mesurar els nivells de Klotho renal, FGF23 circulant i fosfat en ratolins que mancaven de PTEN en les cèl·lules tubulars proximals renals (PTEC) i en la línia cel·lular human kidney 2 (HK-2) in vitro. També vam examinar ratolins normals amb models de disminució de massa renal, al 1/2 per una uninefrectomia (UNX) i en un model d’insuficiència renal per nefrectomia 5/6 (SNX). A més, vam provar l'efecte de la inhibició de mTOR sobre la reducció de l’expressió de Klotho. Vam analitzar l'expressió de PTEN i Klotho en mostres de ronyó de pacients amb CKD. A més, vam establir si hi ha efectes en l'expressió de Klotho en pacients tractats amb un inhibidor de mTOR en comparació amb altres tractaments. Vam trobar que les PTEC amb PTEN silenciat exhibien una disminució de l'expressió de Klotho tant in vitro com in vivo, acompanyada d'un augment de l'activitat de mTOR. Els animals amb eliminació de PTEN en PTEC també van mostrar un augment dels nivells circulants de fosfat i FGF23, així com una disminució de la fracció d’excreció de fosfat. Aquestes alteracions es van normalitzar amb el tractament amb Rapamicina. Els ratolins normals amb UNX o SNX van exhibir un augment de l'expressió renal de IGF-1 i activació de la via PI3K/AKT/mTOR. A més, aquests ratolins van mostrar una reducció de l'expressió renal de Klotho i un augment dels nivells circulants de FGF23 i fosfat. Aquestes alteracions es van restablir amb l'administració de Rapamicina. En mostres renals de pacients amb CKD, vam observar una correlació positiva entre l'expressió de PTEN i KLOTHO. Finalment, els pacients trasplantats de ronyó tractats durant 9 mesos amb inhibidors de mTOR tenen un augment del 22,8% dels nivells de Klotho i els pacients amb altres tractaments un 14%. En conclusió, la sobreactivació de la via PI3K/AKT/mTOR en PTEC modula els nivells de Klotho en el ronyó. Els nostres resultats representen un avanç significatiu en la recerca de nous objectius terapèutics per mantenir i prevenir la reducció en els nivells de Klotho renal, beneficiant potencialment els pacients amb malaltia renal.

La expresión renal de Klotho disminuye tempranamente en la enfermedad renal crónica (CKD), aumentando los niveles circulantes de FGF23 y de fosfato. Esto afecta negativamente la progresión de la enfermedad renal y las complicaciones cardiovasculares. Preservar la expresión renal de Klotho es de interés, pero los mecanismos subyacentes no están claros. Durante las primeras etapas de la CKD, los riñones activan mecanismos de hipertrofia, en los que la vía PI3K/Akt/mTOR juega un papel fundamental. El principal regulador negativo de esta vía es el PTEN, que reduce la activación de la señalización canónica de la insulina. El trasplante renal es el tratamiento de elección para los pacientes con enfermedad renal en fase terminal. Sin embargo, pueden aparecer complicaciones después del trasplante, como reacción de aloinjerto, comprometiendo la función y la integridad del riñón trasplantado. Actualmente se administran diferentes inmunosupresores para prevenir esta respuesta, como inhibidores de mTOR o antagonistas de la calcineurina. El objetivo era investigar el papel del PTEN y la vía PI3K/AKT/mTOR en los niveles de Klotho renal y su posible implicación en la CKD. Medimos los niveles de Klotho renal, FGF23 circulante y fosfato en ratones que carecían de PTEN en las células tubulares proximales renales (PTEC) y en la línea celular Human Kidney 2 (HK-2) in vitro. También se examinó en modelos de disminución de masa renal en ratón, al 1/2 por uninefrectomía (UNX) y en un modelo de insuficiencia renal por nefrectomía 5/6 (SNX). Además, probamos el efecto de la inhibición de mTOR sobre la reducción de la expresión de Klotho. Analizamos la expresión de PTEN y Klotho en muestras de riñón de pacientes con CKD. Finalmente, establecimos si hay mejoras en la expresión de Klotho en pacientes tratados con un inhibidor de mTOR en comparación con otros tratamientos. Encontramos que las PTEC con PTEN disminuido exhibieron una disminución de la expresión de Klotho tanto in vitro como in vivo, acompañada de un aumento de la actividad de mTOR. Los animales con eliminación de PTEN en PTEC también mostraron un aumento de los niveles circulantes de fosfato y FGF23, así como una disminución de la excreción fraccional de fosfato. Estas alteraciones se normalizaron con el tratamiento con Rapamicina. Los ratones normales con UNX o SNX exhibieron un aumento de la expresión renal de IGF-1 y activación de la vía PI3K/AKT/mTOR. Además, estos ratones mostraron una reducción de la expresión renal de Klotho y un aumento de los niveles circulantes de FGF23 y fosfato. Ambas alteraciones se restablecieron con la administración de Rapamicina. En muestras renales de pacientes con CKD, observamos una correlación positiva entre la expresión de PTEN y KLOTHO. Finalmente, los pacientes trasplantados de riñón tratados durante 9 meses con inhibidores de mTOR tienen un aumento del 22,8% de los niveles de Klotho y los pacientes con otros tratamientos un 14%. En conclusión, la sobreactivación de la vía PI3K/AKT/mTOR en PTEC modula los niveles de Klotho en el riñón. Nuestros hallazgos representan un avance significativo en la búsqueda de nuevos objetivos terapéuticos para mantener y prevenir la reducción en los niveles de Klotho renal, beneficiando potencialmente a los pacientes con enfermedad renal.

Renal Klotho expression decreases early in chronic kidney disease (CKD), increasing circulating FGF23 and phosphate levels. This negatively affects renal disease progression and cardiovascular complications. Preserving renal Klotho expression is of interest, but the underlying mechanisms are unclear. During early stages of CKD, kidneys activate mechanisms of hypertrophy, in which the PI3K/Akt/mTOR pathway plays a crucial role. The main negative regulator of this pathway is PTEN, which reduces the activation of canonical insulin signaling. Kidney transplantation is the treatment of choice for patients with end-stage kidney disease. However, complications may appear after transplantation, such as allograft reaction, compromising the function and the integrity of the transplanted kidney. Different immunosuppressants are currently administered to prevent this response, such as mTOR inhibitors or calcineurin antagonists. We aimed to investigate the role of PTEN and the PI3K/AKT/mTOR pathway in kidney Klotho levels and their possible implication in CKD. We measured renal Klotho levels, circulating FGF23, and phosphate in mice lacking PTEN in renal proximal tubular cells (PTEC) and in Human Kidney 2 cells (HK2) in vitro. We also examined normal mice with models of decreased renal mass, at 1/2 caused by uninephrectomy (UNX) and mouse model of kidney failure by 5/6 nephrectomy (SNX). Additionally, we tested the effect of mTOR inhibition on the reduction of Klotho expression. We analyzed PTEN and Klotho expression in kidney samples from CKD patients. Furthermore, we stablished whether there are improvements in Klotho expression in patients treated with an mTOR inhibitor versus other treatments. We found that PTEC with downregulated PTEN exhibited decreased Klotho expression both in vitro and in vivo, accompanied by increased mTOR activity. Animals with PTEN elimination in PTEC also showed increased circulating phosphate and FGF23 levels, as well as a decrease in the fractional excretion of phosphate. These alterations were normalized by treatment with rapamycin. Normal mice with UNX or SNX exhibited increased renal IGF-1 expression and activation of the PI3K/AKT/mTOR pathway. Furthermore, these mice showed a reduction in renal Klotho expression and an increase in circulating FGF23 and phosphate. Both of these alterations were restored with rapamycin administration. In renal samples from CKD patients, we observed a positive correlation between the expression of PTEN and KLOTHO. Finally, kidney transplanted patients treated during 9 months with mTOR inhibitors have an increase of 22,8% Klotho levels and patients with other treatments a 14%. In conclusion, the overactivation of the PI3K/AKT/mTOR pathway in PTEC modulates Klotho levels in the kidney. Our findings represent a significant advancement in the search for new therapeutic targets to maintain and prevent reductions in renal Klotho levels, potentially benefiting kidney disease patients.