Κροσσοπάθειες Πρωτογενών Κροσσών και Νεφρωνόφθιση Επιμέλεια: Ευάγγελος Ι. Τσαμόπουλος Αλέξανδρος Γ. Σταματόπουλος Επιβλέποντες: Κων/νος Δ. Κολλιός Αναπληρωτής καθηγητής Παιδιατρικής - Παιδιατρικής Νεφρολογίας ΑΠΘ Στυλιανή Σεϊτανίδου Παιδίατρος - Επιστημονική συνεργάτης Γ’ Παιδιατρικής Κλινικής ΑΠΘ Απρίλιος 2016 Επιμέλεια: Ευάγγελος Ι. Τσαμόπουλος Αλέξανδρος Γ. Σταματόπουλος Επιβλέποντες: Κων/νος Δ. Κολλιός Αναπληρωτής καθηγητής Παιδιατρικής - Παιδιατρικής Νεφρολογίας ΑΠΘ Στυλιανή Σεϊτανίδου Παιδίατρος - Επιστημονική συνεργάτης Γ’ Παιδιατρικής Κλινικής ΑΠΘ Απρίλιος 2016 Ιπποκράτειο Γενικό Νοσοκομείο Θεσσαλονίκης Γ΄ Παιδιατρική Κλινική Διευθυντής: Καθηγητής Ιωάννης Ν. Τσανάκας 1

Κροσσοπάθειες πρωτογενών κροσσών (1 η ενότητα) Κροσσοπάθειες πρωτογενών κροσσών (1 η ενότητα) 2

Ιστορικά Στοιχεία Δομή Κροσσών Λειτουργία Κροσσών Κροσσοπάθειες κινητών κροσσών και πρωτογενών κροσσών (ταξινόμηση) Επιδημιολογία Κλινικές Εκδηλώσεις 3 Περίγραμμα

Από τα «little legs» του Leeuwenhoek (1674), στα σηματοδοτικά μονοπάτια των κροσσών και στα γονίδια των κροσσοπαθειών 4 Brown JM, Witman GB. Cilia and Diseases. Bioscience 2014; 64(12):

Η περιγραφή των “κροσσών” από τον Antonie Leeuwenhoek

Satir P. Landmarks in cilia research from Leeuwenhoek to us. Cell Motil Cytoskeleton. 1995;32(2):90-94

Ιστορικά Στοιχεία 1675:Πρώτη μικροσκοπική παρατήρηση των κινητών κροσσών σε μονοκύτταρα πρωτόζωα (Antonie van Leeuwenhoek, γνωστός ως πατέρας της μικροβιολογίας) 1786:Πρώτη αναφορά στον όρο κροσσοί (cilia) από τον Δανό φυσιοδίφη Otto Muller 1898:Πρώτη μικροσκοπική παρατήρηση των πρωτογενών κροσσών σε κύτταρα θηλαστικών (Zimmermann) 1976:Συσχέτιση ελαττωματικών κινητών κροσσών με το σύνδρομο Kartagener (Afzelius) 1999 & 2000: Συσχέτιση ελαττωματικών πρωτογενών κροσσών με την Πολυκυστική νόσο των νεφρών (Barr & Pazour) 7

1999 Μελέτες από τον Maureen Barr  έδειξαν για πρώτη φορά την σχέση μεταξύ του προϊόντος του γονιδίου της πολυκυστικής νόσου τύπου ενηλίκου (ADPKD) και των πρωτοπαθών κροσσών. Οι μελέτες αυτές έγιναν στον νηματώδη σκώληκα Caenorhabditis elegans. [Barr MM, Sternberg PW (1999) A polycystic kidney-disease gene homologue required for male mating behaviour in C. elegans. Nature 401:386–9] 2000 Ο Gregory Pazour και οι συνεργάτες του, με τις μελέτες τους  υποστήριξαν ισχυρά αυτή την σχέση (κροσσοί και κυστικές νόσοι) [Pazour GJ, Dickert BL, Vucica Y, Seeley ES, Rosenbaum JL, Witman GB, Cole DG (2000) Chlamydomonas IFT88 and its mouse homologue, polycystic kidney disease gene tg737, are required for assembly of cilia and flagella. J Cell Biol 151:709–18] Habbig S, Liebau MC. Ciliopathies - from rare inherited cystic kidney diseases to basic cellular function. Mol Cell Pediatr 2015;2(1):8. Η ανάδειξη της σχέσης των πολυκυστικών νεφρών με τους κροσσούς Caenorhabditis elegans

Στα επόμενα έτη ταυτοποιήθηκαν πολλά γονίδια που σχετίζονται με κυστικές νόσους του νεφρού - σχεδόν όλα τα προϊόντα αυτών των γονιδίων βρέθηκαν να εντοπίζονται στους πρωτογενείς κροσσούς Ciliary hypothesis:  Οι κροσσοί ρυθμίζουν ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια  Διαταραχή σε αυτά τα μονοπάτια οδηγούν σε κυστικές παθήσεις των νεφρών [Pazour GJ (2004) Intraflagellar transport and cilia-dependent renal disease: the ciliary hypothesis of polycystic kidney disease. J Am Soc Nephrol JASN 15:2528–36.] Η υπόθεση των κροσσών Habbig S, Liebau MC. Ciliopathies - from rare inherited cystic kidney diseases to basic cellular function. Mol Cell Pediatr 2015; 2(1): 8

Δομή Κροσσών Μορφή: ακιδωτή (δίκην τρίχας) Εκτείνονται από την κυτταρική επιφάνεια στον εξωκυττάριο χώρο Καλύπτονται από μεμβράνη - αποτελεί συνέχεια της κυτταροπλασματικής Δομή:  Αξόνημα  Μεταβατική ζώνη  Βασικό σωμάτιο 10

Δομή κινητών και μη κινητών κροσσών Εννέα περιφερειακά ζεύγη μικροσωληνίσκων Παρουσία δύο κεντρικών μικροσωληνίσκων (κμ) = δομή «9 + 2» : Κινητοί Κροσσοί Απουσία ζεύγους κμ = δομή «9 + 0»: Μη Κινητοί / Πρωτογενείς Κροσσοί (ΜΚΚ) Απλοποιημένο – Πλειοψηφικό μοντέλο Εκπορεύεται από το βασικό σωμάτιο. 11

Μη κινητοί κροσσοί «9+0» και κινητοί κροσσοί «9+0» και «9+2» 12 Ferkol TW, Leigh MW. Ciliopathies: the central role of cilia in a spectrum of pediatric disorders. J Pediatr Mar;160(3): Ferkol TW, Leigh MW. Ciliopathies: the central role of cilia in a spectrum of pediatric disorders. J Pediatr 2012; 160(3):

ΕνδοΚροσσωτή Μεταφορά (ΕΚΜ-IFT) Μηχανισμός δόμησης, επέκτασης και ομοιόστασης κροσσών Τα σωμάτια της ενδοκροσσωτής μεταφοράς (IntraFlagellar Transport particles - IFTp) μεταφέρουν δομικά στοιχεία κατά μήκος του αξονήματος Πρωτεΐνη Κινεσίνη II -> Πρόσω μεταφορά («+» άκρο) Πρωτεΐνη Δυνεΐνη 1β -> Αντίδρομη Μεταφορά 13

Δομή των κροσσών 14 Με την κινεσίνη II γίνεται η πρόσω μεταφορά και με την δινεϊνη 1β γίνεται η αντίδρομη μεταφορά κατά μήκος του αξονήματος

Μεταβατική ζώνη του κροσσού Λειτουργεί ως σταθμός σύνδεσης των σωματίων της ενδοκροσσωτής μεταφοράς (ΕΚΜ) με τις κινητήριες πρωτεΐνες. 15

Βασικό σωμάτιο του κροσσού Προέλευση: από το κεντριόλιο Σύσταση: τριπλέτες μικροσωληνίσκων Λειτουργία: - Οργανώνει τους μικροσωληνίσκους του αξονήματος σε ζεύγη - Σταθεροποιεί τον κροσσό στην κυτταρική επιφάνεια 16

Κινητοί και Μη Κινητοί Κροσσοί στο ανθρώπινο σώμα 17 Brown JM, Witman GB. Cilia and Diseases. Bioscience 2014 ;64(12):

18 Κινητοί και Μη Κινητοί Κροσσοί στα διάφορα όργανα Κινητοί 9+2 Κινητοί 9+0 Μη Κινητοί 9+2 Μη Κινητοί 9+0 Fliegauf M, Benzing T, Omran H. When cilia go bad: cilia defects and ciliopathies. Nat Rev Mol Cell Biol 2007; 8(11):880-93

Λειτουργία των κροσσών Κινητοί: μετακίνηση κυττάρων, ροή υγρών στην κυτταρική επιφάνεια Μη Κινητοί/Πρωτογενείς: αισθητηριακή λειτουργία μεταφοράς εξωκυττάριων σημάτων στο εσωτερικό του κυττάρου – Στους κροσσούς λειτουργούν μονοπάτια σήμανσης, όπως: κανονικό και μη κανονικό μονοπάτι Wnt (Wingless), Planar Cell Pathway (PCP), Hedgehog (Hh) κ.ά 19

Λειτουργία Πρωτογενών Κροσσών Έμβρυο: – Ανάπτυξη Ενήλικας: – Έλεγχος κυτταρικού κύκλου ινοβλαστών και μετακίνησης κυττάρων κατά την ιστική αναγέννηση και την επούλωση τραυμάτων – Σε διαφοροποιημένα, μη διαιρετά κύτταρα: διατήρηση διαφοροποίησης, καταστολή σχηματισμού κύστεων και ογκογένεσης 20

Επιδημιολογία κροσσoπαθειών Πρόκειται για σπάνια νοσήματα Συχνότητα από 1/1000: - πολυκυστικός νεφρός μεταδιδόμενος με τον επικρατούντα χαρακτήρα ως 1/

Ταξινόμηση των Κροσσοπαθειών Ανάλογα με το είδος του κροσσού : – Κινητές π.χ. σύνδρομο Kartagener – Μη Κινητές: π.χ νεφρωνόφθιση Ανάλογα με την παρουσία ή μη μυοσκελετικών εκδηλώσεων: – Με εκδηλώσεις: JATD, OFD1, EVC – Χωρίς εκδηλώσεις: BBS, NPHP, MKS, JBTS, ALMS, LCA 22

Κλινική επικάλυψη μεταξύ των διαφόρων κροσσοπαθειών (εκδηλώσεις από νεφρούς, αμφιβληστροειδή και σκελετό) 23 Quinlan RJ, Tobin JL, Beales PL. Modeling ciliopathies: Primary cilia in development and disease. Curr Top Dev Biol 2008; 84: Abbreviations: ALMS, Alstrom syndrome; BBS, Bardet-Biedl syndrome; EVC, Ellis-van Creveld syndrome; JATD, Jeune syndrome; JBTS, Joubert syndrome; MKS, Meckel syndrome; NPHP, nephrophthisis; OFD1, Orofacial–digital syndrome type 1; SLSN, Senior-Løken syndrome; PKD, polycystic kidney disease. RP, retinitis pigmentosa;

Habbig S, Liebau MC. Ciliopathies - from rare inherited cystic kidney diseases to basic cellular function. Mol Cell Pediatr 2015;2(1):8. Οι τρεις κύριες ομάδες των νεφρικών κροσσοπαθειών (πολυκυστική νόσος, σύμπλεγμα νεφρωνόφθισης και σύμπλεγμα του συνδρόμου Bardet-Bield)

Οι νεφροκυστίνες 1-9 και η εντόπιση της βλάβης στις διάφορες κροσσοπάθειες 25 Hildebrandt F, Attanasio M, Otto E. Nephronophthisis: disease mechanisms of a ciliopathy. J Am Soc Nephrol 2009; 20(1): 23-35

Κλινικές Εκδηλώσεις “…virtually all cell types in the human body are either ciliated or have the capacity to become so…” “…ciliary dysfunction will likely affect numerous tissues and organs, albeit to different degrees…” 26 Cardenas-Rodriguez M, Badano JL. Ciliary biology: understanding the cellular and genetic basis of human ciliopathies. Am J Med Genet C Semin Med Genet 2009; 151C(4):263-80

Κλινικές Εκδηλώσεις “… cilia actively participate in the transduction of key signaling cascades that participate during development and tissue homeostasis.” “… it is not surprising that complete absence of cilia is generally incompatible with life.”. 27 Cardenas-Rodriguez M, Badano JL. Ciliary biology: understanding the cellular and genetic basis of human ciliopathies. Am J Med Genet C Semin Med Genet 2009; 151C(4):263-80

Κλινικές εκδηλώσεις στις διάφορες νεφρικές κροσσοπάθειες 28 Tobin (J.T.) and Beales (P.B.), (2009) The nonmotile ciliopathies, Genetics In Medicine, Volume 11, Number 6, p

Arts HH, Knoers NV. Current insights into renal ciliopathies: what can genetics teach us? Pediatr Nephrol 2013;28(6): NPHP: νεφρονόφθιση Κλινικές εκδηλώσεις στις διάφορες νεφρικές κροσσοπάθειες

30 A. Μελαχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια (BBS) B.Πολυδακτυλία (BBS) C.Πεπαχυμένα παρεγκεφαλιδικά σκέλη (Molar tooth sign) D.Στενωμένος θώρακας, μικρός θωρακικός κλωβός (JATD) E.Σπειραματική υαλοειδοποίηση και ίνωση (ALMS) F.Κυστική νόσος νεφρών άμφω σε έμβρυο (MKS) Tobin (J.T.) and Beales (P.B.), (2009) The nonmotile ciliopathies, Genetics In Medicine, Volume 11, Number 6, p.393

Νεφρονόφθιση (2 η ενότητα) 31

Περίγραμμα Ορισμός-Επιδημιολογία Ιστορική αναδρομή Γενετική Αιτιοπαθογένεια Κλινική εικόνα Εξωνεφρικές εκδηλώσεις Διάγνωση Αντιμετώπιση 32

Κληρονομικές κυστικές παθήσεις των νεφρών Πολυκυστική νόσος (PKD) αυτοσωματικού υπολειπόμενου χαρακτήρα Πολυκυστική νόσος (PKD) αυτοσωματικού επικρατούντα χαρακτήρα Νεφρωνόφθιση (NPHP) Μυελοκυστική νόσος Οζώδης σκλήρυνση Σπειραματοκυστική νόσος Σύνδρομο Bardet-Biedl (BBS) 33

Νεφρωνόφθιση φθίση < αρχαία ελληνική φθίσις < φθίω / φθίνω κυστική νόσος των νεφρών Κληρονομικότητα: αυτοσωματικός υπολειπόμενος χαρακτήρας η συχνότητα ποικίλει από 1:50,000 (Καναδάς) έως 1:1,000,000 (ΗΠΑ) 34 Η νεφρονόφθιση αποτελεί την συχνότερη γενετική αιτία νεφρικής νόσου τελικού σταδίου σε παιδιά και εφήβους: 5% των περιπτώσεων χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας στα παιδιά

Ιστορική αναδρομή 1945 : Graham and Smith (case report-εισήγαγαν τον όρο ‘’μυελοκυστική νόσος’’) 1951 : Fanconi ( εισήγαγε για πρώτη φορά τον όρο ‘’Νεφρωνόφθιση’’) 1982 : περισσότερα από 300 περιστατικά στη διεθνή βιβλιογραφία 1997 : Hindebrandt et al και Saunier et al (αναγνώριση του πρώτου γονιδίου ΝPHP1 που συνδέεται με τη νόσο) Έως σήμερα: έχουν αναγνωριστεί 20 γονίδια που προκαλούν νεφρωνόφθιση 35

Τα υπεύθυνα γονίδια σε 18 υποτύπους της νεφρονόφθισης Kurschat CE, Müller RU, Franke M, Maintz D, Schermer B, Benzing T. An approach to cystic kidney diseases: the clinician's view. Nat Rev Nephrol 2014 ;10(12):687-99

Τα υπεύθυνα γονίδια και πρωτεϊνες στην νεφρωνόφθιση (NPHP) Wolf MT. Nephronophthisis and related syndromes. Curr Opin Pediatr 2015; 27(2):

Η συχνότητα των διαφόρων τύπων της NPHP 38 NPH1: η πιο συχνή μορφή νεφρωνόφθισης (21 %) Hildebrandt F, Attanasio M, Otto E. Nephronophthisis: disease mechanisms of a ciliopathy. J Am Soc Nephrol 2009; 20(1): 23-35

Αιτιοπαθογένεια  Νεφροκυστίνες και ινβερσίνη μετάδοση εξωγενών σημάτων μέσω πρωτογενών κροσσών και κεντροσωμάτων πολικότητα πλακωδών κυττάρων  Μεταλλαγμένες πρωτεΐνες δυσλειτουργία πρωτογενών κροσσών (κροσσοπάθεια) και των κεντροσωμάτων 39

Αιτιοπαθογένεια 1. Μη φυσιολογικές νεφροκυστίνες 2. Διαταραχή πόλωσης πλακωδών κυττάρων Αποπροσανατολισμός μιτωτικής ατράκτου και κεντροσωματίων 3. Νεφρικές κύστεις 40

Normal tubules in the kidney undergo oriented cell divisions, resulting in an elongation of the tubule after division. Helen McNeill JASN 2009;20: ©2009 by American Society of Nephrology Όταν η προσανατολισμένη κυτταρική διαίρεση χαθεί (παθολογική PCP ή μεταλλάξεις που προκαλούν PKD), τα σωληνάρια διευρύνονται και γίνονται βραχύτερα.

Κλινική εικόνα Πολυουρία Πολυδιψία Δευτεροπαθής ενούρηση Ανθεκτική και σοβαρή αναιμία Ελάττωση οπτικής οξύτητας Αυξημένη επιθυμία για αλάτι Αδυναμία κατάποσης Καθυστέρηση ανάπτυξης Υπέρταση (σπάνια) Νεφρική ανεπάρκεια αρχικά στάδια 42

Εξωνεφρικές εκδηλώσεις Matthias T.F. Wolf. Curr Opin Pediatr April ; 27(2):

Διάγνωση U/S νεφρών Βιοψία νεφρών Γονιδιακός έλεγχος MRI εγκεφάλου Βυθοσκόπηση 44

Διάγνωση  U/S νεφρών Φυσιολογικό ή ελαφρώς μειωμένο μέγεθος νεφρών Ασαφοποίηση φλοιομυελικού διαχωρισμού Πολλαπλές μικρές κύστες Αυξημένη ηχογένεια 45

Διάγνωση  Βιοψία νεφρών νεφροί με λεπτό φλοιό και πολυάριθμες μικρές κύστεις στη φλοιομυελική συμβολή ατροφικά σωληνάρια που περιβάλλονται από φλεγμονώδη κύτταρα και ινώδη ιστό σπειραματοσκλήρυνση 46

Διάγνωση  MRI εγκεφάλου molar tooth sign  Βυθοσκόπηση εκφύλιση αμφιβληστροειδούς 47

Αντιμετώπιση Αιμοκάθαρση ή περιτοναϊκή κάθαρση μόλις εγκατασταθεί η νεφρική ανεπάρκεια Μεταμόσχευση νεφρού 48

Διαγνωστικός Αλγόριθμος 49

Αντιμετώπιση NPH Type 3 50

Συμπεράσματα (I) Πρωτογενείς κροσσοί και Κροσσοπάθειες Οι πρωτογενείς κροσσοί, παρά την αρχική τους θεώρηση ως υποτυπώδη οργανίδια, αναγνωρίζονται πλέον ως σημαντικά στοιχεία της ανάπτυξης, της λειτουργίας και της ομοιόστασης των ανθρώπινων ιστών και οργάνων Δρουν σαν «κεραίες» που αναγνωρίζουν και μεταφέρουν εξωκυττάρια σήματα στο εσωτερικό του κυττάρου Εξαιτίας της πανταχού παρουσίας των πρωτογενών κροσσών, οι δυσλειτουργίες τους εκδηλώνονται πολυσυστηματικά και ποικιλόμορφα  Οι διαταραχές σε σηματοδοτικά μονοπάτια που ρυθμίζονται από τους κροσσούς, οδηγούν σε κυστικές παθήσεις των νεφρών 51

Συμπεράσματα (II) Νεφρωνόφθιση Η νεφρωνόφθιση είναι μια γενετική κυστική νόσο των νεφρών που κληρονομείται με αυτοσωματικό υπολειπόμενο χαρακτήρα Μέχρι σήμερα έχουν βρεθεί 20 γονίδια που συνδέονται με την νεφρωνόφθιση Η νεφρωνόφθιση αποτελεί τη συχνότερη γενετική αιτία νεφρικής νόσου τελικού σταδίου σε παιδιά και εφήβους Η κλινική εικόνα χαρακτηρίζεται κυρίως από πολυδιψία, πολυουρία και δευτεροπαθή ενούρηση Το 15-20% των ασθενών εμφανίζουν εξωνεφρικές εκδηλώσεις Οριστική αντιμετώπιση επιτυγχάνεται με μεταμόσχευση νεφρού 52

Βιβλιογραφία ΚΡΟΣΣ0ΠΑΘΕΙΕΣ  Quinlan RJ, Tobin JL, Beales PL. Modeling ciliopathies: Primary cilia in development and disease. Curr Top Dev Biol 2008; 84:  Tobin JL, Beales PL. The nonmotile ciliopathies. Genet Med 2009;11(6):  Cardenas-Rodriguez M, Badano JL. Ciliary biology: understanding the cellular and genetic basis of human ciliopathies. Am J Med Genet C Semin Med Genet 2009; 151C(4):  Satir P, Pedersen LB, Christensen ST. The primary cilium at a glance. J Cell Sci 2010, 15, 123(Pt 4):  Arts H, Knoers N. Current insights into renal ciliopathies: what can genetics teach us? Pediatr Nephrol 2013; 28: 863–874  Brown JM, Witman GB. Cilia and Diseases. Bioscience 2014 ; 64(12):  Kenny ΤΚ, Beales ΠΒ. Ciliopathies: A reference for clinicians, Oxford University Press, 2014  Habbig S, Liebau MC. Ciliopathies - from rare inherited cystic kidney diseases to basic cellular function Mol Cell Pediatr 2015; 2(1): 8 ΝΕΦΡΩΝΟΦΘΙΣΗ  Salomon R, Saunier S, Niaudet P. Nephronophthisis. Pediatr Nephrol 2009; 24(12):  Hildebrandt F, Attanasio M, Otto E. Nephronophthisis: disease mechanisms of a ciliopathy. J Am Soc Nephrol 2009; 20(1):  Hurd T, Hildebrandt F. Mechanisms of Nephronophthisis and Related Ciliopathies. Nephron Exp Nephrol 2011; 118: e9–e14  Benzing T, Schermer B. Clinical spectrum and pathogenesis of nephronophthisis. Curr Opin Nephrol Hypertens 2012;21: 272–278  Wolf MT. Nephronophthisis and related syndromes. Curr Opin Pediatr 2015; 27(2):