La Proteomica nelle Malattie Renali

1. UniversitàdegliStudi “G. d’Annunzio” Chieti - Pescara La Proteomica nelle Malattie Renali Mario Bonomini Cattedra e Clinica Nefrologica Ospedale Clinicizzato SS. Annunziata, Chieti

2. PROTEOMICA La proteomica è la Scienza Omica che studia il proteoma (insieme di PROTEine espresse dal genOMA). Essa comprende una serie di tecniche che permettono identificazione, quantificazione e caratterizzazione di un set globale di proteine e peptidi presenti in un campione biologico. L’approccio proteomico alla identificazione delle proteine non richiede ipotesi a priori circa quali proteine possano essere presenti e permette la simultanea analisi di tutte le proteine presenti anche in miscele complesse. L’analisi proteomica consente anche di evidenziare singole isoforme proteiche e modificazioni proteiche post-traslazionali.

4. Proteomictechnologies are beingusedwithincreasingfrequency in the renal community. • Proteomicstudies are mostdirected at findingmarkersofdiseaseprogression, diagnosis, or responsivenesstotherapy.

5. Ambiti di applicazione della Proteomica in Nefrologia • Fisio(pato)logiarenale • Nefropatie glomerulari • CKD • AKI • Nefrolitiasi • Uropatia ostruttiva • Trapianto renale • Emodialisi • Dialisi peritoneale • Tossicità uremica • Tossicità farmacologica

6. PROTEOMICA TISSUTALE L’analisi proteomica del tessuto renale può essere impiegata per identificare quali proteine sono presenti, per confrontare l’abbondanza proteica tra zone tissutali o condizioni, e per analizzare modificazioni post-traslazionali.

8. http://www.hkupp.org

9. NEJM 2009

10. 2011 2013

12. PROTEOMICA URINARIA non linear pH 3.0 10.0 non linear pH 3.0 10.0 Mappa urina soggetto normale Cortesia G. Candiano, Ospedale Gaslini, Genova

13. NaturallyOccurringHumanUrinaryPeptidesforUse in DiagnosisofChronicKidneyDisease Studio mediante elettroforesi capillare+spettrometria di massa di campioni urine di 230 pazienti con CKD e 379 soggetti sani Identificazione di 273 potenziali biomarcatori associati a CKD e creazione di un modello di classificazione basato su tali markers (frammenti di collagene, proteine ematiche, proteine rene-specifiche) Successiva validazione “in cieco” del modello in 110 pazienti affetti da CKD Dimostrata superiorità del modello vs. creatininemia Peptide patternsdistinguishingpatientswith CKD fromHealthyControls Goodet al, Molecular & CellularProteomics, 2010

14. Source proteins and peptide distributionof CKD biomarkers www.humanproteinpedia.org; accessionnumber HuPA_00670

15. UrinaryProteomics in Diabetes and CKD “A panel including 65 urinarybiomarkerscorrectlyidentifieddiabeticnephropathy from diabeteswithoutcompromizedrenalfunction (97% sensitivity and specificity), and patientswhoweremicroalbuminuricatsampling and progressedtowardovertdiabeticnephropathy over 3 years. ….Many of the biomarkerswerefragments of collagentype I, and quantitieswerereduced in patients with diabetes or diabeticnephropathy. ….Analysis of the urinaryproteomemayallowearlydetection of diabeticnephropathy and mayprovideprognostic information.” Rossinget al, JASN 2008

16. RILEVANZA FISIOPATOLOGICA DEI BIOMARCATORI URINARI PROTEOMICI DI CKD I frammenti del collagene urinari, riflettendo il fisiologico turnover della matrice extracellulare, non sono semplici prodotti di degradazione; essi possono essere indicativi di processi fisiopatologici e fornire informazioni malattia-specifiche in un singolo test diagnostico CKD ↓ degradazione matrice extracellulare ↑ fibre collagene insolubili ↑ matrice extracellulare e alterazioni strutturali perdita di funzione e fibrosi

17. RILEVANZA FISIOPATOLOGICA DEI BIOMARCATORI URINARI PROTEOMICI DI CKD Alterazioni della matrice extracellulare riflesse attraverso il proteoma urinario, possono rappresentare uno stadio precoce nel processo patologico della CKD e antagonizzare il patologico accumulo di matrice extracellulare può rappresentare un nuovo valido approccio terapeutico. Mullenet al, CurrOpinNephrolHypertens 2011

18. 22 pazienti nefropatici con diabete tipo 2 Irbesartan300 mg/die (n=11) Placebo (n=11) Basal 2 years Basal 2 years

19. STUDI CLINICI IN CORSO CON STRATIFICAZIONE DEI PAZIENTI IN BASE AD ANALISI DI PROTEOMICA URINARIA Mischak H and Rossing P, NephrolDialTransplant 2010

20. Kidney International (2010) 78, 1252–1262 • ICU TRAINING SET • 30 pazienti ricoverati in ICU con FR normale, con raccolta longitudinale di campioni urinari • 16/30 successivo sviluppo di AKI (↑ creatininemia) • Caratterizzazione e confronto del pattern peptidico urinario (elettroforesi capillare+spettrometria di massa) dei pazienti con AKI vs pazienti che hanno mantenuto FR normale • Sensibilità 92%, specificità 90%

21. Validazione risultati ICU training set • ICU VALIDATION SET • Studio di coorte di fase II, prospettico, in cieco • 20 pazienti in ICU • Il pattern peptidico urinario ha correttamente identificato 8/9 pazienti che hanno sviluppato AKI • ALLOGENEIC HEMATOPOIETIC STEM CELL • TRANSPLANTATION VALIDATION SET • 31 pazienti con trapianto (quale differente eziologia di AKI) • In 13 sviluppo di AKI (sensibilità pattern peptidico urinario 94%, specificità 82)

22. Caratteristiche dei polipeptidi urinari inclusi nel pattern di marcatori AKI Up Regulation Down Regulation

23. Efficacia diagnostica precoce del pattern AKI urinario

24. Diagnosisofsubclinical and clinical acute T-cell-mediatedrejection in renaltransplantpatientsbyurinaryproteomeanalysis • sviluppo di un modello di identificazione di rigetto acuto, basato su 14 biomarcatori urinari • validazione in cieco del modello: corretta diagnosi in 16/18 casi di rigetto subclinico e in 10/10 casi di rigetto clinico (gradi Banff Ia/Ib) Il modello è attualmente impiegato in uno studio multicentrico di fase III in corso in Germania Metzgeret al, ProteomicsClinAppl 2011

25. Limitazioni ad un diffuso impiego clinico della Proteomica in Nefrologia • Carenza di protocolli condivisi su raccolta e analisi campione biologico • Studi di ridotte dimensioni campionarie • Costi • Necessità di personale tecnico specializzato

26. Iniziative volte a favorire l’applicabilità clinica della Proteomica in Nefrologia • Standardizzazione metodi di raccolta e preparazione del campione biologico • Disponibilità di ampi e aggiornati database

27. Database di ProteomicaUrinaria Umana Siwyet al, ProteomicsClinAppl 2011

28. Iniziative volte a favorire l’applicabilità clinica della Proteomica in Nefrologia • Standardizzazione metodi di raccolta e preparazione del campione biologico • Disponibilità di ampi e aggiornati database • Studi multicentrici di validazione • Studi con più adeguati disegni e dimensioni • Attività collaborative nazionali e internazionali

29. Società Italiana diproteomica It-HPP Mithocondria Initiative by the Italian Proteomics Association on a Mitochondria Integrated Biology Program, on Chronic Not Transmissible Diseases. Approved by the Human Proteome Project Consortium (September 2012) International partner ISNAFF (www.isnaff.org) for Canada and USA, IFCC, cQQP commission, EU JPND, Other National Societies SIN (ItPA GC, June 13th, 2012) SIRNA (Rome, Nov 2012) Gruppo di Studio SIN Scienze Omiche

30. CONCLUSIONI In Nefrologia vi è stringente necessità di migliorimarkers diagnostici e terapeutici. La Proteomica ha dimostrato in ambito nefrologico capacità di identificazione di nuovi set di biomarcatori, indicativi di progressione, diagnosi o risposta al trattamento. La traducibilità clinica degli studi di Proteomica, iniziale e promettente (pur se a lento ritmo di crescita), presenta alcune limitazioni che ne hanno precluso un’ampia diffusione. Le migliorate tecnologie e le attività in corso lasciano ragionevolmente ritenere un prossimo uso della Proteomica nella pratica clinica, più diffuso ed efficace.