Le cellule mesangiali svolgono un ruolo critico nello sviluppo dei glomeruli, agendo di concerto con i podociti e le cellule endoteliali per formare un’unità di filtrazione funzionale. In questo numero di JASN, due carte1,2 identificano i fattori di trascrizione necessari per la funzione delle cellule mesangiali e, di conseguenza, lo sviluppo del ciuffo glomerulare.
La glomerulogenesi inizia all’inizio della nefrogenesi. Le cellule progenitrici del nefrone vengono progressivamente reclutate per creare una struttura epiteliale chiamata vescicola renale. Dati recenti suggeriscono che i tempi e la posizione del reclutamento cellulare sono fondamentali: i progenitori che vengono reclutati per ultimi e prossimali alla vescicola renale sono destinati a diventare precursori epiteliali podocitari e parietali.3 Man mano che questa struttura matura in un tubulo a forma di s, i precursori epiteliali podocitari e parietali diventano la sua coda prossimale (Figura 1). I progenitori endoteliali della “cellula di punta” migrano nella fessura prossimale della coda dal plesso capillare circostante (un processo chiamato angiogenesi germogliante) per formare il primo tubo capillare glomerulare. Anche i precursori mesangiali FoxD1 + migrano nella fessura. È ampiamente accettato che il VEGFA secreto dai precursori dei podociti recluta i precursori endoteliali, che secernono PDGFB per reclutare i precursori mesangiali (recensito in ref. 4). Come il tubulo prossimale a forma di s si allarga, il tubo capillare fa pure e, infine, diventa un ciuffo capillare intricato.
Le cellule mesangiali sono state notoriamente difficili da studiare per diversi motivi. I parametri istologici utilizzati per valutare i difetti mesangiali non sono facilmente quantificati e mancano i test funzionali. Le cellule mesangiali isolate dedifferenziano rapidamente in coltura e anche le linee cellulari mesangiali immortalate disponibili sono indifferenziate. Inoltre, e forse più importante, c’è una mancanza di strumenti in vivo, come le linee Cre specifiche delle cellule mesangiali nei topi, che consentono la modifica/osservazione specifica del tipo cellulare in vivo. Sebbene gli esperimenti di RNAseq unicellulari siano stati eseguiti nel rene in via di sviluppo e maturo, i geni espressi in modo univoco nelle cellule mesangiali che potrebbero essere adatti per una linea di reporter Cre o fluorescente non sono stati ancora descritti. I tentativi di studiare la funzione genica nelle cellule mesangiali usano spesso la linea di topo FoxD1-cre. Le cellule FoxD1 + costituiscono una popolazione di cellule progenitrici che danno origine a stroma renale, periciti, cellule muscolari lisce vascolari e cellule mesangiali. In genere, i geni che vengono eliminati condizionalmente sono presenti in tutte o in alcune delle cellule progenitrici FoxD1+ e dei loro derivati, il che pone un problema quando si tenta di assegnare ruoli specifici del tipo cellulare. In particolare, le cellule stromali corticali sono strumentali nel promuovere la differenziazione del nefrone, 7 e periciti sono necessari per l’integrità microvascolare.8,9 Pertanto, la delezione di un gene dalle cellule FoxD1 + può potenzialmente causare una riduzione del numero di nefroni, anomalie tubulari del nefrone, emorragia vascolare e/o rarefazione capillare peritubulare che potrebbe causare secondariamente difetti nei glomeruli e nel mesangium. Ad esempio, una significativa riduzione del numero di nefroni e della massa renale causerà l’iperfiltrazione dei glomeruli rimanenti, che alla fine possono portare alla glomerulosclerosi. Inoltre, FoxD1 è espresso in alcuni podociti già nelle fasi tardive della glomerulogenesi, complicando ulteriormente l’interpretazione dei dati.10,11 Nonostante queste carenze, se eseguiti con cura, gli studi sulla funzione genica utilizzando la FoxD1-cre (o altra linea Cre stromale) possono rivelare aspetti interessanti della funzione delle cellule mesangiali.
Nel lavoro di Grigorieva et al., 1 gli autori esaminano il ruolo di GATA3, un fattore di trascrizione espresso dal germoglio ureterico e dai progenitori delle cellule FoxD1+-stromal durante lo sviluppo e i loro derivati in età adulta. È noto che la perdita di GATA3 omozigote causa agenesia renale nei topi.12 Questo difetto, che è stato attribuito al suo ruolo nel germoglio ureterico, preclude lo studio di GATA3 alle fasi successive dello sviluppo e in ulteriori tipi di cellule. In questo studio, gli autori trovano che l’aploinsufficienza di GATA3 nei topi porta a piccoli glomeruli, un difetto che trovano è dovuto alla ridotta penetrazione e proliferazione delle cellule mesangiali nello sviluppo di glomeruli. I glomeruli di conseguenza hanno ridotto il numero di anse capillari. È interessante notare che il numero di cellule mesangiali rimane ridotto nei glomeruli adulti. Uno studio precedente ha dimostrato che la lesione e la perdita delle cellule mesangiali negli adulti possono essere corrette attraverso il ripopolamento da parte di cellule reclutate dall’apparato juxtaglomerulare13,che apparentemente non si verifica in questi mutanti. Pertanto, la funzione di GATA3 nell’ingresso e/o nella proliferazione mesangiale deve persistere nell’età adulta e/o nelle cellule progenitrici derivate dall’apparato juxtaglomerulare. In alternativa, potrebbe esserci un periodo di tempo critico per l’ingresso mesangiale e la loro capacità di promuovere il normale ciclo capillare.
Un altro risultato significativo da Grigorieva et al.1 è che GATA3 è un marcatore robusto di nuclei mesangiali sani e malati sia nel topo che nei glomeruli umani. Questa localizzazione nucleare consente una facile quantificazione del numero di cellule mesangiali, evitando problemi di segmentazione cellulare che ostacolano gli sforzi utilizzando marcatori citoplasmatici e di membrana. La quantificazione accurata delle cellule mesangiali ha un grande potenziale nelle applicazioni cliniche, perché potrebbe essere utilizzata per valutare meglio i difetti dello sviluppo e le malattie renali acquisite con aumento delle cellule mesangiali o espansione mesangiale. Un risultato intrigante finale è che l’espressione di GATA3 è aumentata nella maggior parte delle cellule mesangiali proliferanti in GN proliferativo mesangiale sperimentale e biopsie di pazienti di nefropatia IgA. Gli esperimenti futuri per scoprire il ruolo del GATA3 nella proliferazione o nella risposta al pregiudizio saranno di grande interesse.
Nel lavoro di Nelson et al., 2 gli autori hanno studiato il fattore di trascrizione EBF1 nello sviluppo glomerulare. I loro studi precedenti avevano dimostrato che i topi knockout EBF1 hanno piccoli reni con glomerulosclerosi e ridotta complessità capillare.14 Poiché EBF1 è prodotto in FoxD1 + cellule progenitrici, cellule mesangiali e podociti, hanno generato topi con delezione condizionale di EBF1 usando FoxD1-cre e Podocin-cre. Solo la cancellazione utilizzando il FoxD1-cre porta a topi con piccoli reni e filtrazione ridotta. Questi mutanti hanno un interstizio espanso e piccoli glomeruli sclerotici con meno anelli capillari, questi ultimi coerenti con un ruolo per EBF1 nelle cellule mesangiali. L’esplorazione del meccanismo sottostante utilizzando cellule mesangiali isolate da topi mutanti ha rivelato che i prostenoidi e l’espressione di COX2 sono ridotti tramite un meccanismo indiretto. Inoltre, hanno scoperto che l’espressione inducibile di COX2 ha parzialmente salvato il fenotipo dei mutanti EBF1, aumentando così le dimensioni dei glomeruli. Saranno necessari ulteriori studi meccanicistici e funzionali per comprendere questa interessante scoperta e sezionare i ruoli dei prostenoidi e del COX2 nello sviluppo glomerulare.
In entrambi gli studi, il difetto delle cellule mesangiali porta allo sviluppo compromesso del ciuffo capillare. Come le cellule mesangiali inducono veramente la formazione del plesso capillare e looping rimane una domanda in sospeso nel campo. Inoltre, le interazioni chemiotattiche e adesive che potrebbero guidare questi processi non sono chiare. Presumibilmente, le protrusioni delle cellule mesangiali potrebbero ancorarsi alla membrana basale glomerulare. Infatti, i topi con mutazioni nella subunità laminina α5 hanno ridotto il ciclo capillare glomerulare tra gli altri difetti, suggerendo che la laminina media l’adesione delle cellule mesangiali.15 Inoltre, dopo le forme iniziali del plesso, ci sono probabilmente passaggi successivi per creare il ciuffo capillare estesamente in loop che può comportare un ampio rimodellamento delle interazioni mesangiale-GBM e mesangiale-endoteliale. Studi futuri che caratterizzano la struttura tridimensionale dello sviluppo del ciclo glomerulare e dell’arborizzazione mesangiale e gli spunti molecolari che guidano questi processi riveleranno probabilmente nuovi aspetti dei disturbi dello sviluppo glomerulare.
