Blocarea unei proteine-cheie restabilește funcția pulmonară și reduce fibroza la șoareci

Regenerarea eficientă a epiteliului alveolar după o leziune necesită transformarea celulelor progenitoare într-un fenotip matur funcțional. În epiteliul pulmonar, celulele alveolare de tip 2 (AT2) pot suferi o tranziție spre un fenotip tranzitoriu, numit celule progenitoare tranzitorii asociate cu leziunile (DATPs), care ulterior pot deveni celule alveolare de tip 1 (AT1), implicate în schimbul gazos. Acest proces, numit plasticitate epitelială, devine disfuncțional în contextul bolilor fibrozante pulmonare. 
În leziunile pulmonare acute severe și în fibroza pulmonară idiopatică, acumularea persistentă de DATPs sugerează un eșec al tranziției complete către AT1, ceea ce favorizează un mediu pro-fibrotic. Aceste celule exprimă citokine inflamatorii și integrina αvβ6, implicată în activarea TGF-β, factor major în fibrogeneză. Totodată, activarea răspunsului la proteinele nepliate (unfolded protein response - UPR), în special prin senzorul IRE1α, a fost identificată în aceste celule.

Despre studiu

Studiul publicat în Journal of Clinical Investigation a explorat mecanismele moleculare care reglează tranziția AT2 → DATP și rolul IRE1α în această transformare. Utilizând tehnici de single-cell RNA sequencing pe plămâni de șoarece lezați cu bleomicină, autorii au identificat o populație distinctă de DATPs fibrotici caracterizați prin activare intensă a IRE1α.

Prin utilizarea de modulatori ATP-competitivi ai activității kinazice a IRE1α, studiul a arătat că activarea acestuia este necesară și suficientă pentru inducerea tranziției celulelor AT2 spre DATPs. S-a utilizat un compus parțial antagonist, PAIR2, care inhibă activitatea RIDD (degradarea reglată a ARN-urilor) fără a afecta splicing-ul Xbp1, un alt mecanism efectuat de IRE1α. PAIR2 a prevenit eficient fibroza pulmonară indusă de bleomicină.

Autorii au demonstrat că tranziția AT2→DATP este dependentă strict de activitatea RIDD și nu de splicing-ul Xbp1, o constatare cu potențial terapeutic major. Unul dintre substraturile-cheie RIDD identificate a fost Fgfr2, un receptor esențial pentru menținerea identității AT2.

Rezultate

1. Identificarea DATP-urilor fibrotice și legătura cu IRE1α

• Analiza transcriptomică a identificat două subpopulații de celule tranzitorii: una regenerativă (prezentă în dezvoltarea normală postnatală) și una fibrotică (emergentă post-leziune).
• Celulele fibrotice exprimau gene asociate cu stres epitelial (Cldn4, Cdkn1a, Gdf15) și cu activarea IRE1α.
• Scorurile de activitate IRE1α erau crescute semnificativ în celulele din plămânii lezați, comparativ cu cei de control.
• Inhibarea genetică sau farmacologică a IRE1α a redus semnificativ activitatea transcriptomică asociată acestuia.

2. Activarea IRE1α este suficientă pentru inducerea DATP

• Organoide AT2 stimulate cu G1749 au prezentat expresia crescută a markerilor DATP (Krt7, Lgals3, Cldn4).
• Splicing-ul Xbp1 a fost activat, dar tranziția către DATP a depins de activitatea RIDD, nu de Xbp1.
• PAIR2 a inhibat conversia AT2→DATP chiar și în prezența splicing-ului Xbp1, confirmând rolul selectiv al RIDD.

3. PAIR2 protejează împotriva fibrozării pulmonare

• Tratamentul cu PAIR2 a redus numărul de celule Krt8+ și Cldn4+ în plămânii șoarecilor tratați cu bleomicină.
• AT2-lineage tracing a arătat o reducere a tranziției către DATP la animalele tratate cu PAIR2.
• Reducerea semnificativă a conținutului de hidroxyprolină și a colagenului fibrilar indică o protecție antifibrotică eficientă.

4. Fgfr2 este o țintă directă a RIDD

• Downreglarea Fgfr2 a fost dependentă de IRE1α și restaurată prin inhibitori RIDD.
• Cleavarea directă a ARN-ului Fgfr2 a fost demonstrată in vitro cu IRE1α purificat.
• Reducerea expresiei Fgfr2 a fost suficientă pentru a induce markerii DATP în organoide.

5. Circuitul IRE1α–Fgfr2 este conservat evolutiv

• Același mecanism a fost identificat și în celule epiteliale traheale și celule β pancreatice.
• Acest fapt sugerează că circuitul IRE1α–RIDD–Fgfr2 este un mecanism vechi, conservat în mai multe tipuri de epiteliu endodermal.

Concluzii

Studiul arată că funcția RIDD a IRE1α este un regulator central al plasticității patologice a celulelor AT2, prin reglarea expresiei Fgfr2. Inhibarea selectivă a RIDD cu compusul PAIR2 previne tranziția către DATPs fibrotici și reduce dezvoltarea fibrozei pulmonare la șoareci. Aceste rezultate oferă o nouă cale terapeutică de precizie în tratarea fibrozei pulmonare, prin păstrarea funcțiilor homeostatice ale IRE1α și blocarea efectelor sale patologice.