Caratterizzazione degli effetti citoscheletrici e strutturali delle varianti INF2 che causano glomerulopatia e neuropatia

Dec 13, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12003 (2023) Citare questo articolo

471 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La glomerulosclerosi focale segmentale (FSGS) è una lesione glomerulare comune che porta alla malattia renale allo stadio terminale. La FSGS monogenica è principalmente attribuita alla ridotta integrità dei podociti. Le varianti tra i residui 184 e 245 di INF2, un fattore di assemblaggio dell'actina, producono il fenotipo monogenico FSGS. Nel frattempo, le varianti tra i residui 57 e 184 causano una malattia a doppio aspetto che coinvolge neuroni periferici e podociti (Charcot-Marie-Tooth CMT/FSGS). Per comprendere le basi molecolari dei disturbi INF2, abbiamo confrontato gli effetti strutturali e citoscheletrici delle varianti INF2 classificate in due sottogruppi: uno (G73D, V108D) causa il fenotipo CMT/FSGS e l'altro (T161N, N202S) produce FSGS monogenico. L'analisi della dinamica molecolare ha rivelato che tutte le varianti INF2 mostrano una flessibilità distinta rispetto all'INF2 wild-type e potrebbero influenzare la stabilità di un'interazione intramolecolare tra i loro segmenti N e C-terminali. L'immunocitochimica delle cellule che esprimono varianti INF2 ha mostrato meno fibre di stress di actina e disorganizzazione degli array di microtubuli citoplasmatici. In particolare, le varianti CMT/FSGS hanno causato cambiamenti più importanti nella distribuzione e frammentazione mitocondriale rispetto alle varianti FSGS e questi cambiamenti erano correlati alla gravità della distruzione del citoscheletro. I nostri risultati indicano che le varianti CMT/FSGS sono associate a difetti cellulari globali più gravi causati da interazioni interrotte citoscheletro-organello rispetto alle varianti FSGS. Sono necessari ulteriori studi per chiarire i percorsi tessuto-specifici e/o le funzioni cellulari implicate nei fenotipi FSGS e CMT

La glomerulosclerosi focale segmentale (FSGS) è una condizione clinico-patologica caratterizzata da una distribuzione unica di cicatrici glomerulari che interessano una parte del nefrone (focale) e una porzione dei ciuffi capillari (segmentale)1. I pazienti con FSGS mostrano clinicamente una sindrome nefrosica resistente agli steroidi (SRNS) e un progressivo deterioramento della funzionalità renale. Ad oggi, è stato segnalato che oltre 60 geni sono associati al SRNS2 monogenico. La maggior parte dei geni SRNS sono espressi nei podociti glomerulari, evidenziando un ruolo chiave dei podociti nel mantenimento della funzione di barriera di filtrazione. I podociti generano diaframmi a fessura tra i processi del piede arricchiti di actina e si adattano allo stress di filtrazione regolando i cambiamenti nella forma cellulare mediati dalla riorganizzazione dinamica delle reti di actina3.

Le mutazioni nel gene della formina 2 invertita (INF2) sono la causa più diffusa (12-17%) di FSGS autosomica dominante4,5. L'INF2 appartiene alla sottofamiglia diafana delle formine, che agiscono come fattori di assemblaggio dell'actina in una serie di funzioni cellulari, tra cui la migrazione cellulare, il trasporto delle vescicole, la dinamica degli organelli e il posizionamento6. INF2 codifica per una proteina multidominio comprendente i domini centrali di omologia della formina 1 (FH1) e 2 (FH2) fiancheggiati dal dominio inibitorio diafano N-terminale (DID) e dal dominio autoregolatorio diafano C-terminale (DAD). INF2 ha una capacità unica di accelerare sia la polimerizzazione che la depolimerizzazione dell'actina. L'attività di depolimerizzazione è inibita negativamente attraverso l'interazione intramolecolare tra DID e DAD7. Le mutazioni DID causano disturbi correlati all'INF2 legati all'autoinibizione disregolata che rende la molecola INF2 costitutivamente attiva. L'INF2 interagisce anche con la famiglia Rho delle piccole GTPasi, con altri membri della famiglia della formina e con i regolatori cellulari per orchestrare l'organizzazione di strutture basate sull'actina come lamellipodi, filopodi e fibre di stress6.

Le mutazioni INF2 sono state originariamente identificate in famiglie dominanti affette da sola FSGS8. Oltre 60 mutazioni di INF legate alla malattia si mappano esclusivamente al DID codificato dagli esoni INF2 2–49,10. In casi rari, in gran parte sporadici, altre mutazioni INF2 causano neuropatia periferica associata alla malattia di Charcot-Marie-Tooth (CMT-DIE, MIM#614455) oltre a FSGS9. Le mutazioni INF2 che causano la sola FSGS o i doppi fenotipi FSGS/CMT segregano in regioni distintive del DID. Le varianti nella metà prossimale del DID (residui da Leu57 a Glu184) causano tipicamente la CMT con FSGS a esordio precoce, mentre quelle che si localizzano nella metà distale (residui da Glu184 a Leu245) portano solo a FSGS lieve e a esordio tardivo10. Queste osservazioni sollevano la questione di come queste mutazioni INF2 potrebbero avere un impatto distinto su due lignaggi cellulari, podociti e cellule di Schwann. Le mutazioni di INF2 sono associate a disorganizzazione citoscheletrica e dinamica alterata dei mitocondri, traffico/targeting endosomiale e interazioni con mDia, una proteina formina con attività controbilanciata da INF28,9,11,12,13,14.