La amiloidosis por cadenas ligeras de inmunoglobulina (CL) es uno de los tipos más comunes de amiloidosis sistémica, pero no existe un modelo in vivo confiable para comprender mejor esta enfermedad. En este estudio, desarrollamos un modelo murino transgénico que produce una CL de CL humana. Demostramos que la CL soluble de longitud completa no es tóxica, pero una sola inyección de fibrillas amiloides preformadas o un fragmento inestable de la CL provoca depósitos amiloides sistémicos asociados con disfunción cardíaca temprana. Las fibrillas de CL en ratones son muy similares a las de los humanos, lo que sugiere un mecanismo conservado de formación de fibrillas amiloides. En general, este ratón transgénico reproduce fielmente la amiloidosis cardíaca humana y muestra que una degradación parcial de la CL probablemente inicie la formación de fibrillas amiloides in vivo, lo que a su vez provoca disfunción cardíaca. Este modelo es valioso para la investigación sobre la amiloidosis de CL y la evaluación preclínica de nuevas terapias.
Introducción
La amiloidosis sistémica de cadena ligera (AL) es una enfermedad adquirida rara pero grave de plegamiento incorrecto de proteínas, caracterizada por el depósito de fibrillas amiloides compuestas de una cadena ligera de inmunoglobulina monoclonal (LC) producida en exceso por un clon de célula B o plasmática.1Las células dendríticas implicadas en la amiloidosis tienden a agregarse en la estructura característica de lámina β de las fibrillas amiloides y a acumularse en los compartimentos extracelulares de los tejidos, lo que provoca disfunción orgánica. Las manifestaciones renales y cardíacas son las más frecuentes, y estas últimas se asocian con un pronóstico desfavorable.2Los mecanismos moleculares que conducen a la agregación de las CL se han estudiado ampliamente, principalmente in vitro, debido a la falta de otros modelos que reproduzcan las etapas iniciales de la enfermedad. Desde hace tiempo se sospecha que el dominio variable (VL) de las CL es el factor causal de la formación de fibrillas de amiloide AL, ya que solo unos pocos genes de la línea germinal del VL explican la mayoría de los casos.3,4 Se ha demostrado que las mutaciones desestabilizadoras adquiridas durante la maduración de la afinidad en el dominio V son críticas para la amiloidogenicidad in vitro.5,6En consecuencia, nuestro conocimiento sobre el proceso de agregación de las LC se ha obtenido principalmente a partir de VL amiloidogénicas aisladas, ya que las LC de longitud completa parecen ser resistentes a la agregación en condiciones fisiológicas.6,7,8En consecuencia, las estructuras de microscopía crioelectrónica (Cryo-EM) de fibrillas de amiloide AL ex vivo confirmaron que las interacciones cruzadas β-estructuradas dentro del núcleo de las fibrillas se establecen principalmente por los dominios VL, ocasionalmente aumentados por algunos aminoácidos de la parte N-terminal del CL.9,10,11La porción restante del LC, que comprende la mayor parte del dominio constante (CL), parece estar desorganizada fuera de la estructura fibrilar y parcial o totalmente escindida.12Esto plantea la pregunta de si la proteólisis en el CL es necesaria para iniciar la formación de amiloidosis o simplemente una degradación posterior de las partes no fibrilares de los LC. El patrón de escisión múltiple en sitios no accesibles en los dímeros nativos sugiere una fragmentación posterior a la agregación.12Sin embargo, la alta amiloidogenicidad de algunas especies fragmentadas, a diferencia de la estabilidad de las LC de longitud completa, sugiere que la proteólisis de las LC también podría ser necesaria para iniciar la formación de amiloidosis.8.
Además del estrés mecánico causado por la acumulación de fibrillas de amiloide en los tejidos, la forma soluble de los LC también puede contribuir a la toxicidad cardíaca. Los pacientes que responden a tratamientos dirigidos a reducir los LC circulantes muestran una disminución significativa de las concentraciones de NT-proBNP, correlacionada con una mejor función cardíaca, a pesar de la ausencia de una disminución significativa de la carga amiloide.13Estudios realizados in vitro utilizando cultivos de cardiomiocitos y fibroblastos cardíacos, así como en C. elegans y los modelos de pez cebra apoyan esta teoría.14,15,16,17,18La exposición de estos modelos a LC amiloidogénicos solubles provoca estrés celular mediante la internalización de los LC, el aumento de la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la activación de una vía MAPK no canónica. Como resultado, se observó disfunción lisosomal, alteración de la autofagia y daño mitocondrial, seguidos de muerte celular. Si bien estos estudios proporcionan información valiosa sobre la toxicidad de los LC en las células cardíacas, no reproducen la complejidad celular, el microambiente ni la tensión de cizallamiento observados en el tejido humano, ni la deposición y acumulación de material amiloide compuesto por los LC. Trasladar estos hallazgos a la fisiología humana sigue siendo un desafío.
A lo largo de los años se han intentado varios enfoques para crear modelos de roedores de amiloidosis AL.19:En primer lugar, mediante la inyección masiva de proteínas de Bence-Jones, fibrillas purificadas de pacientes o el llamado “amiloidoma” compuesto por un tejido humano crudo molido que contiene material amiloide.20,21Aunque se puede observar material amiloide localizado en estos modelos, su aplicación se limita a estudios terapéuticos, ya que reproducen deficientemente la fisiopatología humana y la afectación orgánica. Últimamente, se han utilizado enfoques transgénicos para producir LC amiloidogénicas endógenamente en roedores, con resultados en su mayoría decepcionantes.22,23Uno de ellos logró reproducir la deposición de amiloide, a pesar de que los depósitos se localizaban en el estómago de ratones ancianos, lo que sugiere una desestabilización de las LC en el ambiente ácido local que promovía la agregación en lugar de una formación fisiológica de amiloide en órganos clásicamente afectados.24Esta aparente resistencia a la amiloidosis en ratones también se observó en otros tipos de amiloidosis sistémica y localizada y se atribuyó a una mejor proteostasis y a un recambio rápido de proteínas.25,26,27Una de las principales limitaciones de estos modelos son los niveles de LC libres circulantes (fLC), que son mucho más bajos que los observados en los pacientes, y probablemente no alcanzan el umbral necesario para iniciar la formación de fibrillas.28Para superar esta limitación, hemos desarrollado un enfoque transgénico único que permite alcanzar altos niveles de LC patológicos circulantes en los ratones.29Esta estrategia ha sido exitosa para modelar enfermedades por depósito relacionadas con LC monoclonales no amiloide que afectan los riñones, incluyendo la enfermedad por depósito de cadenas ligeras y el síndrome de Fanconi renal de cadenas ligeras.30,31.