Integrin, Myofibroblas, dan Organ Fibrosis

April 13, 2016

Myofibroblas adalah sumber utama komponen matriks ekstraseluler yang terakumulasi selama fibrosis jaringan, dan hepatic stellate cells (HSC) dipercaya menjadi sumber utama myofibroblas di dalam liver. Sampai saat ini, sistem yang kuat untuk memanipulasi sel-sel ini secara genetik belum dikembangkan. Dilaporkan bahwa Cre di bawah kontrol promoter Pdgfrb (Pdgfrb-Cre) menginaktivasi gen loxP-flanked di dalam tikus HSC dengan efisiensi tinggi. Digunakan sistem untuk menghapus gene yang meng-encoding integrin subunit αv karena beberapa integring yang mengandung αv disarankan sebagai mediator sentral fibrosis dalam banyak organ. Seperti tikus yang dilindungi dari deplesi dari fibrosis hati CCl4-induced, sedangkan kehilangan global integrin β3, β5, atau β6 atau kehilangan kondisional integrin β8 dalam HSC tidak. Juga ditemukan bahwa Pdgfrb-Cre efektif menjadi target myofibroblas dalam beberapa organ, dan deplesi integrin subunit αv menggunakan sistem ini adalah pelindung dalam model lain fibrosis organ, termasuk fibrosis pulmonari (paru-paru) dan renal (ginjal). Blokade farmakologi integrin yang mengandung αv oleh suatu molekul kecil (CWHM 12) melemahkan fibrosis liver dan lung (paru-paru), termasuk dalam suatu cara terapi. Data-data ini mengidentifikasi suatu jalur inti yang meregulasi fibrosis dan memungkinkan target farmakologi seluruh integrin αv mempunyai utilitas klinis dalam treatmen pasien dengan suatu penyakit fibrosis yang berspektrum luas.

Di dalam beberapa organ, integrin dapat mengendalikan pelepasan dan aktivasi sitokin profibrogenik penting transforming growth factor beta (TGF-β). Hal ini penting, efek regulatori integrin ini pada aktivitas TGF-β terlihat terutama untuk melibatkan integrin yang mengandung αv. Jaringan myofibroblas, yang sel-sel efektornya dominan selama fibrosis dalam beberapa organ, mengekspresikan banyak integrin yang mengandung αv. Oleh karena itu, temuan ini menyarankan bahwa integrin αv itu sendiri bisa menjadi esensial untuk pengembangan fibrosis, tanpa memperhatikan keterkaitannya dengan subunit β.

Aspek yang paling menarik dalam penelitian ini adalah integrin αv penting dalam survival dan/atau fungsi myofibroblas liver. Delesi yang ditargetkan oleh integrin αv dalam myofibroblas dilindungi terhadap organ fibrosis secara in vivo dan in vitro. Fungsi integrin hanya sebagai heterodimer obligat, dengan subunit α dan β yang diperlukan untuk fungsinya; menariknya, pengaturan heterodimer ini terjaga meskipun dalam organisme primitif.

Referensi:

Henderson N.C., Arnold T.D., Katamura Y., Giacomini M.M., Rodriguez J.D., McCarty J.H, et al. Targeting of αv integrin identities a core molecular pathway that regulates fibrosis in several organs. Nat. Med. 2013; 19: 1617-1624.

Advertisements

Heterogenitas Makrofag dalam Luka Liver dan Fibrosis

April 7, 2016

Makrofag hati adalah sentral dalam patogenesis luka liver kronis dan sudah diusulkan sebagai target yang potensial dalam menangani fibrosis. Studi eksperimental terkini dalam model hewan uji mengungkapkan bahwa makrofag hati merupakan suatu populasi heterogen dari sel imun yg benar-benar ada yang memenuhi fungsi berbeda dalam homeostasis, progesi penyakit, dan pemulihan dari luka. Rentangnya dari klirens/pembersihan patogen atau debris seluler  dan perawatan toleransi imunologi dalam kondisi steady state (tunak); berperan utama dalam inisiasi dan melanggengkan inflamasi dalam respon terhadap luka; promoting liver fibrosis melalui aktivasi hepatic stellate cells (HSC) dalam kerusakan liver kronis; dan, terakhir, resolusi inflamasi dan fibrosis melalui degradasi matriks ekstraseluler (ECM) dan melepaskan sitokin anti-inflamasi. Heterogenitas seluler di dalam liver dijelaskan sebagian melalui asal makrofag. Makrofag hati dapat muncul dari monosit yang bersirkulasi, yang direkrut dari liver yang terluka melalui sinyal kemokin, atau dari self-renewing embryo-derived makrofag lokal, yang dikenal dengan sel Kupfer. Sel Kupfer penting untuk mengenali luka jaringan dan menginisiasi respon inflamatori, sementara infiltrasi Ly-6C+ monocyte-derived makrofag terhubungkan dengan inflamasi kronis dan fibrogenesis. Selain itu, proliferasi lokal makrofag lokal atau yang direkrut memungkinkan lebih lanjut berkontribusi terhadap akumulasi mereka di dalam liver yang terluka. Selama pemulihan fibrosis, sel monocyte-derived berdiferensiasi menjadi Ly-6C (Ly6C, Gr1) makrofag ‘restorative’ yang berekspresi rendah dan menyebabkan resolusi dari luka.

Heterogenitas makrofag diekspresikan oleh suatu diversitas tinggi dalam pelepasan sitokin, marker-marker permukaan sel, dan profil transkripsional. Supaya mengakomodasi spektrum luas dari fungsi dan fenotip makrofag, sel-sel ini diklasifikasikan menjadi makrofag M1 ‘pro-inflamatori’ atau M2 ‘immunoregulatori’, meskipun nomenklatur dikotomi sederhana ini tidak merefleksikan sepenuhnya biologi kompleks dari subset makrofag. Konsekuensinya, makrofag M2 sekarang dikategorikan lebih lanjut menjadi beberapa subtipe yang dapat menyembuhkan luka atau anti-inflamasi tetapi dapat juga menyebabkan inflamasi dalam beberapa keadaan. Makrofag M1 terkait erat dengan Th1 utamanya sel T CD4, di mana makrofag M2 saling mengikutsertakan dengan sel T Th2 CD4.

Selama inflamasi, kelompok makrofag hati berkembang, dan debat ilmiah yang menakjubkan berlangsung terus menerus terkait asal dan mekanisme pokok pengkayaan makrofag. Pada fase awal setelah inside berbahaya, makrofag hati yang immobile secara cepat mengeluarkan sitokin pro-inflamatori dan kemokin seperti IL-1β, TNF, CCL2, dan CCL5, yang mengaktivasi perlindungan parakrin atau jalur sinyal apoptosis dari hepatosit dan rekruitmen sel imun tambahan yang mendorong luka hati. Selain itu, tidak hanya stimuli inflamatori, tetapi sinyal metabolik juga memungkinkan memodulasi aktivasi makrofag hati, sebagai bukti  untuk overload lipid dan turunan kolesterol tertentu dalam sel Kupfer di dalam model penyakit hati berlemak dan steatohepatitis.

Hambatan utama pengembangan terapi baru untuk liver fibrosis bertarget makrofag adalah kekurangan data fungsional yang signifikan dalam manusia. Populasi makrofag berbeda dapat juga ditemukan dalam liver manusia, termasuk monosit/makrofag CD14++CD16- ‘klasikal’ dan CD14+CD16+ ‘non-klasikal’ sebaik sel CD16++ yang meliputi makrofag atypical (tidak khas) dan sel dendritik. Progresi penyakit liver kronik dari hepatitis ke fibrosis dan akhirnya ke sirosis berkaitan erat dengan suatu pengkayaan makrofag monocyte-derived CD14+CD16+ ‘non-klasikal’ di dalam pasien liver dengan etiologi penyakit yang bervariasi. Akumulasi sel-sel ini mungkin didasarkan pada dua mekanisme: memfasilitasi rekruitmen melintasi endotelium sinusoidal yang meradang dan transdiferensiasi lokal dari sel-sel prekursor CD14++CD16-, mengingatkan maturasi makrofag murin Ly-6C+ ke Ly-6Clo dalam eksperimental luka liver marmut.

Hambatan lain dalam temuan (penelitian) translating (penerjemahan) dari model tikus ke penyakit manusia adalah spektrum yang luas dari gangguan liver kronis dalam manusia. Ini sangat mungkin bahwa fungsionalitas subset makrofag hati dipengaruhi oleh sifat pokok penyakit hati (misalnya, overload lipid dalam penyakit liver berlemak; respon antigen-specific dalam hepatitis autoimun; dampak asam empedu dalam cholangiopati). Studi terkini fokus pada tahap progresi penyakit (fibrosis, sirosis) daripada sifat pokok luka. Oleh karena itu, penelitian translational selanjutnya dijamin mengarah ke karakteristik penyakit-specific monosit hati dan heterogenitas makrofag.

Referensi:

Frank Tacke and Henning W. Zimmermann. Macrophage heterogeneity in liver injury and fibrosis. Journal of Hepatology 2014 vol. 60: 1090-1096.


Terapi Tertarget Integrin

April 6, 2016

Integrin merupakan heterodimer, reseptor transmembran yang berfungsi sebagai mekanosensor, molekul pengikat (adhesi) dan platform transduksi sinyal dalam berbagai macam proses biologi. Integrin merupakan sentral bagi etiologi dan patologi beberapa kondisi penyakit. Oleh karena itu, inhibisi farmakologi integrin menjadi sesuatu yang sangat menarik untuk treatmen dan pencegahan penyakit. Dalam dua dekade terakhir ini beberapa obat integrin-targeted telah dibuat dan digunakan secara klinis, beberapa yang lain sedang dalam uji klinis dan masih menunjukkan harapan untuk dikembangkan melalui pengembangan praklinik.

Integrin adalah reseptor permukaan sel heterodimer yang ditemukan dalam hampir semua jenis sel metazoan, terdiri dari subunit-subunit α dan β yang terikat secara non-kovalen. Di dalam mamalia, telah diidentifikasi sebanyak 18 subunit α dan 8 subunit β. Dari kelompok ini, 24 kombinasi heterodimer yang berbeda telah diteliti secara in vivo yang memberikan spesifitas sel-ke-sel dan sel-ke-ligan yang relevan terhadap sel host dan lingkungannya sebagaimana fungsinya. Interaksi integrin-mediated dengan extracellular matrix (ECM) diperlukan untuk penempelan, organisasi sitoskeletal, mekanosensing, migrasi, proliferasi, diferensiasi, dan daya tahan hidup sel di dalam konteks proses biologi yang beragam termasuk fertilisasi, implantasi dan pengembangan embrionik, respon imun, resorpsi tulang dan agregasi platelet. Integrin juga berfungsi dalam proses patologi seperti inflamasi, penyembuhan luka, angiogenesis, dan metastasis tumor. Selain itu, ikatan integrin telah diidentifikasi sebagai alat virus untuk masuk ke sel.

Adhesi seluler yang dimediasi integrin merupakan proses yg dinamis yang diindikasikan dan dipengaruhi oleh status sel. Integrin tidak aktif berdiri sendiri tapi lebih eksis dalam kondisi aktivasi beragam di mana stabilitas ikatan ligan terkait dengan status aktivasi reseptor. Sifat dinamis integrin dimediasi sinyal dari isyarat ekstra dan intraseluler untuk meregulasi aktivasi. Faktor ekstraseluler yang mempengaruhi aktivasi integrin adalah ikatan ligan, konsentrasi kation divalen, sinyal kemokin, dan tekanan mekanik. Sinyal intraseluler yang bertemu sitoplasma bagian ekor integrin juga dapat mengaktivasi kondisi afinitas tinggi. Sinyal intraseluler yang menghasilkan aktivasi integrin dikenal sebagai peristiwa sinyaling “inside-out”.

Proses ligasi integrin melalui cel-ke-sel dan sel-ke-matriks yang kontak dengan transduksi sinyal intraseluler dikenal dengan sinyaling “outside-in”. Ekor integrin tidak mempunyai aktivitas kinase intrinsik melainkan menyediakan suatu tempat untuk docking berbagai kinase dan protein adaptor terkait yang meliputi adhesi fokal. Ekor β merupakan tempat docking utama di dalam pembentukan adhesi fokal, tetapi ekor α dalam beberapa kasus juga menyediakan tempat sinyal untuk peristiwa sinyaling yang bergantung kalsium. Sinyal yang memancar dari adhesi fokal menunjukkan untuk kelangsungan hidup, diferensiasi, dan proliferasi. Jika ligasi integrin tidak ada, proses-proses ini tidak akan terjadi, oleh karena itu inhibisi farmakologi dari ligasi integrin merupakan sesuatu yang sangat menarik untuk terapi beberapa penyakit yang diakibatkan oleh penyimpangan sinyal yang dimediasi integrin.

Dengan mengintegrasikan dan mentransduksi informasi tentang into dan out dari sel, integrin memediasi lokalisasi sel, bentuk, persebaran dan motilitas serta penentu kritis terkait kesehatan dan penyakit. Integrin memiliki implikasi dalam patogenesis penyakit inflamatori, agregasi platelet, progresi tumor sebaik osteoporosis dan degenerasi makular. Peran integrin dalam kondisi patologi ditambah dengan ‘druggabilitas’ mereka yang menyediakan aksesibilitas permukaan sel membuat mereka menjadi target farmakologi yang menarik.

Targeting tempat mengikat ligan telah dicapai melalui penggunaan antibodi, peptida siklik, disintegrin, peptidomimetik dan antagonis molekul kecil. Senyawa-senyawa ini dimaksudkan untuk mengikat integrin tertarget dalam suatu cara yang mirip ligan endogen sehingga menggantikannya dan mencegah ligasi integrin. Metode antagonis ini telah luas digunakan untuk beberapa alasan. Kekurangan data terstruktur yang informatif terkait integrin memunculkan desain antagonis rasional berdasarkan ligan-ligan yang diketahui.

Terapi tertarget integrin datang dalam beberapa bentuk, masing-masing jenis mempunyai kelebihan dan batasan masing-masing yang inheren. Selain itu, pendekatan terhadap desain obat spesifik integrin bergantung pada beberapa faktor termasuk aplikasi klinik yang diharapkan dan ketersediaan informasi terstruktur yang handal. Terdapat tiga jenis terapi integrin, yaitu antibodi tertarget, obat peptide-based dan molekul kecil, peptidomimetik.

Berdasarkan statusnya dalam aplikasi klinik terkini, terapi antibodi adalah yang paling banyak digunakan dalam obat-obat yang bertarget integrin. Terapi antibodi integrin-targeted yang terkini berada dalam pengembangan preklinik dan evaluasi klinik untuk treatmen kanker, multiple sklerosis, penyakit Crohn’s, psoriasis, rheumatoid arthritis dan sindrom koroner akut. Antibodi menguntungkan karena memiliki target spesifitas dan afinitas yang sangat tinggi, toksisitas yang terbatas terkait efek ‘off-target’. Dari aspek desain obat, antibodi lebih mudah dikembangkan karena tidak diperlukan data terstruktur high-resolution untuk pengembangan terapi. Sekali fungsi-bloking antibodi diketahui dapat dimodifikasi untuk meningkatkan spesifitas dan afinitas ikatannya serta menurunkan imunogenisitas. Antibodi dapat mempunyai sirkulasi masa berlaku yang panjang jika dibandingkan terhadap molekul kecil dan obat-obatan peptide-based sehingga meningkatkan durasi terapi, yang bergantung pada aplikasi yang diinginkan menguntungkan apa tidak menguntungkan. Kekurangan terkait terapi antibodi adalah produksinya berbiaya tinggi, perlu diberikan secara intravena dalam uji klinik, dan kecenderungan untuk imunogenisitas host dan reaksi infusi.

Obat-obatan peptide-based mewakili golongan obat lain yang didesain untuk target integrin. Obat-obatan ini menginkorporasi urutan peptida yang mirip terhadap urutan ligan yang diketahui di dalam ligan integrin endogen dan selanjutnya berkompetisi untuk tempat ikatan ligan di dalam integrin. Obat jenis ini menguntungkan untuk desain obat karena kebanyakan ligan endogen dan urutan pengakuan mereka telah ditentukan untuk masing-masing pasangan integrin.

 

Referensi:

Melissa Millard, Srinivas Odde, Nouri Neamati. Integrin Targeted Therapeutics. Theranostics 2011; 1:154-188.