Penyakit ginjal kronis mempengaruhi lebih dari 697 juta orang di seluruh dunia. Secara total, diperkirakan 1,2 juta orang meninggal setiap tahun karena penyakit ini, yang mewakili hampir 5% dari semua kematian tahunan di seluruh dunia. Terlepas dari beban keuangan dan pribadi yang sangat besar yang ditimbulkannya, sampai sekarang mekanisme biologis di balik kondisi ini tidak diketahui, karena kompleksitas struktural dan fungsional ginjal.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal bergengsi Cell Metabolism , peneliti dari Institute of Bioengineering of Catalonia (IBEC) dan CIBER-BBN, yang dipimpin oleh Núria Montserrat, bekerja sama dengan peneliti dari University of Pennsylvania dan Institut Sains dan Teknologi Gwangju, telah mengidentifikasi gen yang bertanggung jawab untuk penyakit ginjal kronis dan telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk membalikkan kekurangan ini, sehingga membuka kemungkinan rute terapi terhadap kerusakan ginjal.
Menggunakan teknik inovatif seperti pengurutan RNA pada tingkat sel individu, para peneliti mengungkap peran penting yang dimainkan gen metabolisme lipid dalam melindungi terhadap gagal ginjal kronis. Untuk ini, analisis dilakukan dengan model hewan dan ginjal mini manusia, di mana hasilnya divalidasi menggunakan hampir seratus sampel pasien.
Pada orang dewasa yang sehat, masing-masing ginjal kita mengandung rata-rata 1,5 juta nefron, unit fungsional dasar ginjal yang terus-menerus menyaring produk limbah dari darah. Di antara sel-sel berbeda yang membentuk unit filtrasi ini, sel-sel epitel tubulus proksimal nefron bertanggung jawab untuk mereabsorbsi air dan zat terlarut, mewakili 90% dari total massa ginjal. Di hampir semua kasus penyakit ginjal kronis, kerusakan terjadi pada sel-sel ini, tetapi sampai sekarang, tidak diketahui mekanisme seluler mana yang bertanggung jawab atas disfungsi tersebut.
Dengan mengurutkan RNA dari masing-masing dari ribuan sel yang ada di ginjal, para peneliti mengamati untuk pertama kalinya, perbedaan penting antara sel sehat dan sel sakit di tubulus proksimal. Secara khusus, pada ginjal tikus dengan penyakit ginjal kronis, mereka mendeteksi bahwa sebagian besar sel tubulus proksimal memiliki tanda molekul yang berbeda dari yang ditemukan pada ginjal hewan sehat.
Menghadapi pengamatan ini, para peneliti IBEC melangkah lebih jauh dan, menggunakan ginjal mini manusia, menunjukkan bahwa perubahan ini disebabkan oleh penurunan ekspresi beberapa gen yang mengatur metabolisme lipid dalam sel tubulus proksimal. Lebih lanjut, “berkat pendekatan multidisiplin, menggunakan model hewan dan ginjal mini manusia yang kami hasilkan melalui rekayasa hayati di IBEC, kami menemukan bahwa, dengan memperbaiki kekurangan ini, sel-sel tubulus proksimal dapat memperoleh kembali fungsinya dalam model penelitian yang berbeda, ” jelas Dr. Montserrat.
Teknik analisis inovatif: rekayasa genetika dan sel
Dengan menggabungkan pengurutan RNA pada tingkat sel individu, dan penggunaan bioteknologi untuk menghasilkan ginjal mini, dimungkinkan untuk mengidentifikasi pada tingkat sel perbedaan utama antara ginjal yang sehat dan yang sakit.
Ginjal mini manusia – juga disebut organoid ginjal – dibuat dengan teknik bioteknologi dari sel induk manusia, dan mencerminkan beberapa aspek kompleksitas organ nyata ini. April lalu, mereka telah menunjukkan keefektifannya sebagai model penelitian dengan menggunakannya untuk menguraikan dalam waktu singkat bagaimana SARS-Co-V2 berinteraksi dan menginfeksi sel-sel ginjal mini ini, selain mengidentifikasi terapi yang bertujuan mengurangi viral load.
Dalam penelitian ini, pengurutan RNA pada tingkat sel individu dari sampel ginjal mini dilakukan di laboratorium Dr. Felipe Prósper, CIBERONC, Clínica Universidad de Navarra dan CIMA Universidad de Navarra. “Ginjal memiliki lebih dari 23 jenis sel yang berbeda,” jelas Dr. Montserrat. “Beberapa tahun yang lalu, perlu untuk memeriksa beberapa sampel secara terpisah untuk mendapatkan informasi, yang bisa memakan waktu bertahun-tahun, sekarang informasi yang sama ini dapat diperoleh dalam beberapa hari”, dan menambahkan: “dengan pengurutan RNA masing-masing sel ginjal dan menggunakan beberapa sampel, kami dapat mengidentifikasi gen mana yang diekspresikan secara berbeda di setiap sel.”
Mempelajari perbedaan ini, atau dengan kata lain, menganalisis “tanda tangan” ekspresi RNA di masing-masing sel ini, para peneliti mengidentifikasi bahwa disfungsi tubulus proksimal adalah konsekuensi dari disregulasi jalur metabolisme utama. Secara khusus, pada sampel tikus yang sakit, proporsi sel imatur yang lebih tinggi juga ditemukan. “Diketahui bahwa sebagian kecil sel tubulus proksimal ginjal menunjukkan perilaku yang mirip dengan sel induk,” kata Carmen Hurtado del Pozo, seorang peneliti di IBEC dan rekan penulis studi tersebut. “Ketika terjadi kerusakan ginjal, tubulus proksimal cenderung merespon dengan sangat cepat karena dapat memulihkan bagian nefron yang terluka. Namun, pada penyakit ginjal kronis,
Peran protektif metabolisme dalam kerusakan ginjal
Karya ini telah mengidentifikasi gen metabolik yang dimatikan ketika ginjal rusak kronis, kehilangan “tanda” sehat dalam sel-sel tubulus proksimal ginjal. Untuk tanda tangan ini, reseptor alfa estrogen (ESRRa) adalah salah satu penanda yang memiliki peran lebih relevan. “Gen ini sangat penting untuk sel tubulus proksimal, karena mereka harus memiliki metabolisme yang sangat aktif. Padahal, setelah sel-sel jantung, sel-sel inilah yang memiliki kebutuhan energi tertinggi dalam tubuh kita”, jelas Dr. Montserrat. “Ketika ekspresi gen yang mengontrol metabolisme lipid menurun, ginjal kehilangan kemampuannya untuk merespon kerusakan,” tambah Dr. Hurtado del Pozo.
Dengan menghasilkan mini-ginjal, para peneliti dapat mensimulasikan kondisi kultur untuk memanipulasi tingkat ESRRa dalam sel-sel organ mini ini. Ketika ESRRa dihidupkan kembali, tubulus proksimal tampak kembali berfungsi. Pengamatan seperti itu terjadi pada model hewan yang kolaborator dari University of Pennsylvania – yang dua tahun lalu telah menerbitkan, untuk pertama kalinya, penggunaan pengurutan RNA pada tingkat sel individu pada ginjal tikus sehat.
Karya ini menunjukkan bahwa kombinasi teknologi yang muncul, seperti pengurutan RNA tingkat sel tunggal dan organ mini, dapat sangat menguntungkan dalam memajukan penelitian biomedis. Studi ini mengusulkan bahwa bersama dengan ESRRa ada reseptor nuklir lain yang mungkin bertindak, dalam waktu dekat, sebagai target terapi untuk membalikkan penyakit ginjal kronis.
Penelitian ini dipimpin bersama oleh peneliti CIBER-BBN Nuria Montserrat, Profesor Riset ICREA dan Peneliti Utama dari kelompok ” Pluripotensi untuk regenerasi organ ” dari Institute of Bioengineering of Catalonia (IBEC), Dr. Katalin Susztak dari the Institute of Bioengineering of Catalonia (IBEC), Dr. Universitas Pennsylvania dan Taman Dr Jihwan dari Institut Sains dan Teknologi Gwangju.
Sumber : http://biotech-spain.com/es/articles/identifican-los-genes-que-act-an-como-protectores-contra-las-enfermedades-renales/
