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Il metabolismo dell’acido retinoico nella nefropatia diabetica

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Glomerulosclerosi

Giuro di non essere ossessionato dalle Vitamine e che questa è solo una coincidenza. Quello che propongo oggi è infatti un articolo che vede protagonista l’acido retinoico, ossia la forma attiva della Vitamina A. L’ho scritto un po’ di tempo fa e ho pensato di pubblicarlo perché tutto sommato reputo l’argomento interessante ed ulteriormente approfondibile. Il contenuto di questo breve articolo è tratto da uno studio realizzato da ricercatori dell’UTMB (The University of Texas Medical Branch) e della Berkeley University of California, i quali hanno identificato delle alterazioni nel metabolismo dell’acido retinoico che potrebbero costituire la base fisiopatologica delle complicanze nella nefropatia diabetica, un tipo di danno renale associato al diabete. Il lavoro originale (che trovate qui) è stato pubblicato su PLoS ONE e mette in evidenza l’importanza di pianificare studi olistici che consentano una visione globale ed unificante dei sistemi biologici, allo scopo di ottenere ulteriori informazioni sulla patogenesi della nefropatia diabetica.

Struttura dell’acido retinoico

Struttura dell’acido retinoico

La nefropatia diabetica nel mondo Occidentale è ad oggi la principale causa di insufficienza renale e la sua incidenza nella popolazione è in continua crescita. Fondamentalmente si tratta di una complicazione dell’iperglicemia propria del diabete mellito di tipo 2, conosciuto pure come “diabete di adulto”, una malattia favorita da un errato stile di vita (principalmente inattività fisica ed eccessiva alimentazione) e caratterizzata da difetti di secrezione dell’insulina ed insulinoresistenza da parte delle cellule, con conseguente aumento della concentrazione di glucosio nel sangue.

Oggi sappiamo che l’iperglicemia e la proteinuria (presenza di proteine nelle urine con escrezione giornaliera superiore ai 150 mg) hanno un ruolo fondamentale nella progressione della nefropatia, la quale è caratterizzata nei primi stadi da ipertrofia glomerulare (con aumento della velocità di filtrazione) e da iperplasia mesangiale. Nello stadio conclamato, la nefropatia evolve in glomerulosclerosi, diminuzione della velocità di filtrazione e oliguria, fino a manifestare uremia, stato terminale della malattia in cui nel sangue si accumulano i cataboliti azotati che i reni non riescono più ad eliminare.

Recentemente, gli autori di questa ricerca sono riusciti ad individuare nuovi fattori patogenetici responsabili della progressione della malattia fino alla fase uremica, ossia lo stadio terminale. Attraverso uno studio omnicomprensivo delle alterazioni fisiopatologiche della nefropatia diabetica unitamente a quelle connesse con il diabete, Jonathan M. Starkey e colleghi hanno identificato, per la prima volta, nella corteccia renale di topi diabetici di tipo 2, delle alterazioni nel metabolismo dell’acido retinoico che favorirebbero la progressione della nefropatia diabetica.

L’acido retinoico è un acido carbossilico. Regola l’espressione di geni dello sviluppo ed è anche coinvolto nel differenziamento cellulare e nei processi che consentono la visione. E’ una molecola liposolubile che agisce direttamente a livello genomico previa interazione con l’eterodimero recettoriale RXR/RAR, con una modalità molto simile a quella che nei precedenti articoli ho descritto sulla Vitamina D: in assenza del ligando, l’eterodimero lega i corepressori che inibiscono l’espressione dei geni sottoposti alla sua regolazione. Quando invece il complesso recettoriale lega l’acido retinoico, si hanno dei cambiamenti conformazionali dell’eterodimero che favoriscono il legame coi coattivatori, i quali attivano l’espressione genica. Per esempio, in tutti i Cordati, la Vitamina A regola con questo meccanismo l’espressione del cluster di geni hox, geni che guidano lo sviluppo embrionale.

La biosintesi dell’acido retinoico inizia dal retinolo, forma alcolica della Vitamina A che si assume principalmente da alimenti di origine animale (fegato, milza, latte e uova).

Struttura del retinolo

Struttura del retinolo

Il retinolo viene trasportato nel fegato tramite la proteina CRBP (Cellular Retinol Binding Protein) dopo essere stato esterificato con acidi grassi (tipo palmitato, stearato ed oleato) nel processo di assorbimento intestinale. A questo punto il retinolo esterificato viene trasferito nel fegato (dove viene ripristinato in retinolo tramite una reazione di idrolisi) o per essere immagazzinato (in questo caso viene nuovamente esterificato e trasferito in particolari cellule che conservano lipidi, dette cellule di Ito) oppure per essere espulso dagli epatociti ed utilizzato in vari tessuti dalla famiglia delle alcol deidrogenasi (ADH) o dalla grande famiglia delle deidrogenasi/reduttasi a catena corta (SDR) per essere ossidato nella forma aldeidica e bioattiva della Vitamina A, detta retinale o retinaldeide.

Struttura della retinaldeide

Struttura della retinaldeide

La retinaldeide, a sua volta, viene irreversibilmente ossidata in acido retinoico da enzimi appartenenti alla famiglia delle aldeidi deidrogenasi (ALDH), in particolare da ALDH1a1, ADH1a2 e ADH1a3. Nelle cellule, l’attività dell’acido retinoico è poi in qualche modo controllata dalla proteina CRABP (Cellular Retinol Binding Proteins). Quando non serve più, l’acido retinoico viene inattivato da un citocromo P450, l’enzima Cyp26, che catalizza una reazione di monoossigenazione in posizione 4, dando il 4-idrossi acido retinoico (4-OH-RA) ed il 4-oxo-acido retinoico (4-oxo-RA).

A) Metabolismo dell’acido retinoico; B) Regolazione dell’espressione genica

A) Metabolismo dell’acido retinoico; B) Regolazione dell’espressione genica

Sulla base di queste conoscenze, Starkey e colleghi hanno estratto ed analizzato il proteoma dalla corteccia renale di topi affetti da nefropatia diabetica connessa a diabete mellito di tipo 2. Delle oltre 700 proteine identificate tramite cromatografia liquida bidimensionale accoppiata a spettrometria di massa in tandem (2D LC-MS/MS), 53 erano coinvolte nel metabolismo degli acidi grassi e dell’acido retinoico ed i loro livelli di espressione, confermati tramite Western Blot e real-time PCR, apparivano significativamente alterati rispetto ai controlli. In particolare, l’enzima ALDH1A1 risultava overespresso, mentre ADH1C era downespresso. Applicando i dati ottenuti ad un software (Ingenuity Pathways Analysis, IPA), che fornisce una mappa delle interazioni tra le proteine studiate generando, tramite complessi calcoli algoritmici, un network interattivo, il gruppo ha osservato che il metabolismo dell’acido retinoico sta al centro di una fitta rete di interconnessioni tra diverse vie metaboliche. Dall’acido retinoico, come si vede in figura, partono numerose frecce, ciascuna delle quali punta su una proteina che è sotto il controllo trascrizionale diretto dell’acido retinoico. Le forme si riferiscono alle funzioni: gli enzimi sono i diamanti, i recettori nucleari sono rettangoli, le citochine sono quadrati, i trasportatori sono trapezi, mentre i cerchi si riferiscono a proteine aventi altre funzioni. Inoltre, sono colorate di rosso le forme che si riferiscono a proteine overespresse, mentre in verde sono indicate quelle proteine che si trovano a livelli ridotti rispetto alla condizione fisiologica. Le gradazioni di colore, infine, si riferiscono al grado di variazione rispetto ai controlli.

Network generato tramite IPA

Network generato tramite IPA

Starkey e colleghi hanno inoltre condotto analisi quantitative dei retinoidi nel plasma, nel fegato e nei reni. Nei topi diabetici, i livelli di retinolo nel plasma e nella corteccia renale erano maggiori rispetto ai controlli, mentre i livelli di retinolo, retinolo esterificato e retinaldeide nel fegato erano inferiori. Inoltre, l’acido retinoico era più abbondante nel plasma anziché nella corteccia renale, contrariamente a quanto misurato nei topi sani.

I risultati ottenuti suggeriscono che alterazioni nel metabolismo dell’acido retinoico nel rene diabetico favorirebbero la progressione della malattia. Queste disfunzioni metaboliche sarebbero connesse con una ridistribuzione tissutale dei metaboliti retinoidi, tale per cui potrebbero verificarsi, come un effetto domino, ulteriori disordini metabolici e difetti nell’espressione di specifici geni regolati dall’acido retinoico. In particolare, il basso livello di acido retinoico nella corteccia renale sembra essere dovuto o ad un difetto di sintesi o ad una più intensa attività catabolica. Il meccanismo fisiopatologico responsabile dell’alterazione dei livelli di acido retinoico nei casi di diabete di tipo 2 non è ancora chiaro. Tuttavia, si è visto che il diabete comporta un incremento dei livelli di CYP2E1, un altro isoenzima della superfamiglia del citocromo P450, responsabile del metabolismo ossidativo di alcuni acidi, tra cui acidi grassi, lipidi idroperossidi, corpi chetonici ed anche l’acido retinoico. La ridistribuzione dei retinoidi osservata negli organismi modello affetti da diabete di tipo 2 rappresenta comunque un meccanismo fisiopatologico che sarà fondamentale comprendere fino in fondo, al fine di trovare nuove e più efficaci strategie terapeutiche.

Ecco qui un video esplicativo sulle alterazioni istologiche e fisiologiche che si verificano nella nefropatia diabetica: video nefropatia diabetica

 

 


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