Cribratge biomecànic per a la identificació de potencials dianes en la fibrosi pulmonar

Abstract

[cat] Nombroses malalties resulten d’una alteració de las propietats mecàniques dels teixits i/o d’una alteració en la resposta cel·lular a les forces (mecanotransducció). La fibrosi es el paradigma de la mecànica tissular alterada, caracterizant-se per una excessiva acumulació de matriu extracel·lular (MEC) que destrueix l’arquitectura de l’òrgan. La fibrosi pulmonar idiopàtica (FPI) és una forma de malaltia pulmonar intersticial (MPI) de causa desconeguda i molt mal pronòstic, amb una supervivència del 30-50% als 5 anys. En aquest treball s’ha desenvolupat una estratègia de cribratge biomecànic que s’ha aplicat l’estudi de la FPI per identificar gens mecanosensibles potencialment rellevants com a dianes terapèutiques. Es van cultivar fibroblasts pulmonars primaris, la cèl·lula responsable del remodelat i enduriment de la MEC, en substrats coberts de col·lagen I de 5 rigideses distintes al llarg del rang fisiopatològic del pulmó, des de la normal (<1 kPa) fins la pròpia de la fibrosi (~30-40 kPa) i en presència de TGF-β. Es van incloure 3 classes de fibroblasts: FPI, control i MPI distintes de la FPI i es va realitzar un perfilat transcripcional mitjançant microarrays d’expressió. S’ha definit el mecanotranscriptoma dels fibroblasts pulmonars, format per 63 gens mecanosensibles, la transcripció dels quals està controlada pels canvis en les propietats mecàniques de la MEC. Un 57% dels gens van ser sobreexpressats amb l’enduriment i 21 gens van discriminar entre la FPI i las altres dos classes de fibroblasts. Para entendre las xarxes reguladores associades al mecanotranscriptoma, es va construir l’interactoma dels seus components, el qual va revelar tres xarxes emergents, les quals poden ser rellevants per entendre l’adaptació de les cèl·lules a l’enduriment del substrat en la FPI i en la mecanobiologia en general: 1) elements del citoesquelet i les fibres d'estrés, 2) quinases MAPK i les seves fosfatases i 3) proteïnes relacionades amb el factor de creixement similar a la insulina (IGF) i proteases del sistema de fibrinòlisi. Després de validar l’expressió a nivell de mRNA i de proteïna de diversos candidats del mecanotranscriptoma, es van caracteritzar diversos aspectes de la proteïna d’unió al factor de creixement similar a la insulina 3 (IGFBP-3). La concentració d’IGFP-3 secretada pels fibroblasts va ser distintivament superior en els fibroblasts de FPI. Per altra banda, amb l’enduriment del substrat es va detectar un factor de mecanosensibilitat de l’odre 3X en totes les classes de fibroblasts, mentre que el TGF-β la va induir 150 vegades. L’efecte dels dos factors va ser independent, mentre que la seva combinació va potenciar sinèrgicament els nivells d’IGFBP-3. L’efecte de la duresa del substrat en l’acumulació d’IGFBP-3 va ser independent de la senyalització a través del receptor de TGF-β. Per altra banda, els efectes van ser dependents del receptor de col·lagen integrina β1. Aquests resultats mostren que la IGFBP-3 es una proteïna important en la fibrogènesi pulmonar mediada por l’enduriment, que portaria a una acumulació de MEC i a la destrucció de l’arquitectura del teixit.

[eng] A new strategy based on a biomechanical screening has been developed and it was applied to the study of idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) to identify mechanosensitive genes that might be potential therapeutic targets for the disease. The transcriptional profile of lung fibroblasts (control and fibrotic of different types) cultured on substrates of different stiffness spanning the normal to fibrotic (stiffened) range was obtained. The mechanotranscriptome of the cells was established, which consisted of 63 mechanosensitive genes, 57% of which were upregulated by tissue stiffening. It was built an interactome, showing the regulatory networks associated with the mechanotranscriptome, revealing three different subnetworks: 1) elements of the cytoskeleton and stress fibers; 2) MAPK quinases and their phosphatases; 3) proteins associated with insulin-like growth factor and the fibrinolysis pathway. After validating expression at the mRNA and protein levels for different selected candidates from the mechanotranscriptome, different biological aspects of insulin-like growth factor binding protein 3 (IGFBP-3) were analyzed. Concentration of IGFBP-3 secreted by fibroblasts was distinctively higher in IPF fibroblasts. With substrate stiffening, a mechanosensitivity factor of 3X was detected in all classes of lung fibroblasts, while transforming growth factor- β (TGF- β) induced protein levels by 150X. The effect of tissue stiffening on IGFBP-3 accumulation was independent of signaling through the TGF-β receptor and dependent of the collagen receptor integrin β1. These results show that IGFBP-3 is an important protein for lung fibrogenesis mediated through stiffness and that it could lead to an accumulation of extracellular matrix and contribute to the destruction of the lung architecture.