Inflamação e lesão renal

Agência FAPESP – Cientistas brasileiros envolvidos com um Projeto Temático financiado pela FAPESP têm conseguido, nos últimos anos, diversos avanços na compreensão dos processos inflamatórios relacionados às lesões renais.

O grupo, coordenado por Niels Olsen Câmara, professor do Departamento de Imunologia do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), acaba de desvendar a relação íntima entre a resposta inflamatória do sistema imune e a glomeruloesclerose segmentar e focal (GESF), uma doença que pode levar à insuficiência renal aguda e decréscimo na função renal.

O trabalho, que será publicado em breve na revista Kidney International, mostra que a expressão de um receptor do hormônio bradicinina (receptor B1) é induzida durante o curso da doença. Diminuindo a expressão do receptor B1, por outro lado, verificou-se uma melhora da disfunção renal.

De acordo com Câmara, a diminuição da disfunção renal se deve à reversão da lesão associada à desorganização dos podócitos – células que são centrais para o processo de “filtragem” da urina, realizado nos glomérulos, as unidades funcionais dos rins.

“O trabalho demonstrou, pela primeira vez, que o bloqueio dessa via é capaz de provocar uma melhora na disfunção dos podócitos. A descoberta abre perspectivas para estudos futuros que possam usar esses dados como ferramenta terapêutica. A GESF é uma das principais doenças do glomérulo em crianças e adultos e pode voltar a ocorrer depois de um transplante de rim”, disse o pesquisador à Agência FAPESP.

Os dados foram gerados a partir dos trabalhos de iniciação científica de Bruna Buscariollo e de doutorado de Rafael Pereira, que contaram, respectivamente, com bolsas da FAPESP e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Os cientistas utilizaram um modelo de indução de GESF por adriamicina – um fármaco de alta toxicidade usado clinicamente contra o câncer – a fim de estudar o papel do receptor B1 na evolução da doença. Por outro lado, a administração de um antagonista do receptor B1 permitiu demonstrar que, com a diminuição de sua expressão, a doença pode, em tese, ser revertida.

“Considerando a complexidade das lesões renais agudas e crônicas, qualquer estratégia de tratamento efetivo para essas condições deverá ser capaz de modular o processo inflamatório na tentativa de reparar o tecido. Isso significa que o tratamento deve ser capaz de reverter as lesões agudas e suas consequências a longo prazo, restaurando a arquitetura do órgão e sua homeostasia – isto é, a propriedade de regular seu ambiente interno para manter uma condição estável, por meio de múltiplos ajustes controlados por mecanismos de regulação”, explicou Câmara.

Insuficiência renal aguda – cuja mortalidade tem se mantido acima dos 50% nos últimos 20 anos – provoca a longo prazo a perda da função do órgão. Além da GESF, a insuficiência pode ser causada pela toxicidade de drogas e, principalmente, por lesões de isquemia e reperfusão.

“Uma lesão em qualquer parte do corpo – como o esmagamento de uma perna, por exemplo, causa uma diminuição brusca na oferta de oxigênio para os rins, ocasionando lesões as lesões denominadas isquemia. Mais tarde, o restabelecimento dos níveis de oxigênio leva a uma segunda onda de injúria no ri, as chamadas lesões por reperfusão. Trata-se de um problema grave e muito comum. Quando o paciente necessita de diálise, a mortalidade pode chegar a 80%”, disse.

As lesões renais agudas, segundo Câmara, são inevitavelmente associadas a um processo inflamatório, causando disfunção dos podócitos – no caso das glomerulopatias como a GESF – ou na chamada região túbulo-intersticial, no caso das lesões por isquemia e reperfusão.

“A persistência dessa resposta inflamatória pode levar à perda da arquitetura dos tecidos, com depósito de colágenos e o decréscimo na função renal – um processo até agora considerado irreversível. O estudo do processo inflamatório nas lesões renais agudas que acometem a região túbulo-intersticial é bem documentado na literatura. Mas a participação da resposta imune em doenças glomerulares havia sido pouco explorada até agora”, afirmou.

O papel dos receptores da bradicinina, segundo Câmara, já vinha sendo estudado há alguns anos por seu grupo de pesquisa em colaboração com o grupo dos professores João Bosco Pesqueiro e Ronaldo Araújo, ambos do Departamento de Bioquímica da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp).

“Em outro modelo de estudo, no qual os animais são submetidos a uma isquemia renal e depois à reperfusão, ficou evidente a participação desse sistema na injúria renal”, disse o professor do ICB-USP.

Resultados gerados pela pesquisa de doutorado de Pamella Wang, com Bolsa da FAPESP, demonstraram, segundo Câmara, que o receptor B1 tinha papel central na resposta inflamatória desencadeada pela isquemia. Os dados foram publicados na revista PLoS One, em 2008.

“Tantos os animais geneticamente deficientes para o receptor B1 como os tratados com antagonistas farmacológicos, após injúria renal apresentaram uma menor disfunção dos rins associada a uma expressão aumentada de certas citocinas antiinflamatórias, substâncias que mediam diversos processos no organismo”, disse.

Outro trabalho abordou o contexto do desenvolvimento de fibrose renal após uma lesão nos rins. Os animais geneticamente deficientes para o receptor B1 apresentaram menor depósito de colágeno após a obstrução do fluxo urinário. Os resultados do estudo foram publicados na revista International Immunopharmacology, em 2006.

“Todos esses dados obtidos em modelos experimentais indicam que as afecções renais agudas e crônicas têm uma participação ativa do sistema de cascatas enzimáticas que envolvem a bradicinina. Estamos vendo que a participação desse sistema vai além dos papéis conhecidos do hormônio bradicinina, envolvendo uma regulação da função dos podócitos e o controle do processo inflamatório”, disse Câmara. 

Papel central da hemeoxigenase-1

Além de revelar a relação entre o receptor B1 e a GESF, o trabalho que será publicado na Kidney International também demonstra que o bloqueio do receptor B1 se traduziu no aumento da expressão da hemeoxigenase-1 (HO-1), proteína que tem diversas funções fisiológicas no organismo.

De acordo com Câmara, a vertente central do Projeto Temático que coordena, intitulado“Investigando o papel da hemeoxigenase 1 em diferentes processos inflamatórios renais em modelos animais”, consiste em investigar o papel da HO-1 em diferentes processos inflamatórios renais em modelos animais. Os estudos sobre bradicinina e lesão renal fazem parte dessa linha de pesquisa mais ampla.

“Nosso laboratório vem estudando vários mediadores presentes no processo inflamatório nas afecções renais e a resposta dos tecidos a essas agressões. Uma importante faceta nesses estudos é a percepção de que, frente a uma agressão, o órgão desenvolve uma resposta protetora ao aumentar a expressão de uma série de moléculas com capacidade intrínseca de proteção celular. A HO-1 é uma dessas moléculas”, explicou.

A HO-1 está presente em plantas e animais, o que sugere uma grande importância da molécula em termos evolutivos. Quando há uma lesão em um tecido, a expressão HO-1 é aumentada, o que faz dela um sensor de estresse celular – isto é, uma espécie de marcador de lesões teciduais.

“Por outro lado, quando há lesão, o aumento da expressão dessa molécula ocorre porque ela é capaz de modular o processo inflamatório. Por isso, houve interesse em investigar se essa modulação poderia alterar a evolução de uma patologia”, disse Câmara.

Ao verificar que a proteção originada com o bloqueio do receptor B1, em diferentes modelos que usamos, foi associada a uma alta expressão da HO-1, os estudos realizados pelo grupo do ICB-USP sugerem que vias metabólicas conservadas evolutivamente são conectadas a diferentes cascatas do processo inflamatório.

“Seria possível, então, pensar em meios e métodos de potencialização dos mecanismos naturais de defesa do organismo como uma terapia clínica auxiliar”, sugeriu.

Vários trabalhos na literatura internacional, incluindo os estudos do grupo coordenado por Câmara, mostraram efeitos de proteção celular da HO-1 em modelos experimentais de doenças renais agudas. “No entanto, até agora não existiam dados comprovando a capacidade da HO-1 em reverter um processo cicatricial renal já instalado”, afirmou.

Dados obtidos na pesquisa de doutorado de Matheus Corrêa Costa – que também está sendo realizado no ICB-USP com Bolsa da FAPESP – mostram que o tratamento com um potente indutor de HO-1 diminuiu significativamente os marcadores de inflamação assim como a expressão de moléculas relacionadas ao desenvolvimento de fibrose renal nos animais submetidos a uma obstrução irreversível do fluxo urinário. O trabalho foi aceito para publicação, em 2010, na revista PLoS One.

“Sete dias depois da obstrução, o tratamento tardio com esse indutor de HO-1, conhecido como hemin, foi capaz também de diminuir a expressão de moléculas que favoreciam a fibrose e a inflamação, além de reduzir a deposição de colágeno. O estudo mostrou, pela primeira vez, que a HO-1 pode reverter o processo de cicatrização renal já instalado, provavelmente induzindo a diferenciação de miofibroblastos”, disse. 

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Bactéria é programada para combater vírus

Cientistas usaram bactérias geneticamente modificadas para transportar enzimas capazes de anular a ação de um vírus.

Feitiço contra o feiticeiro

Salmonelas são bactérias muito conhecidas por causarem infecções alimentares e problemas de saúde, como diarreia, gastroenterite e septicemia.

Mas a salmonela é comum no trato intestinal humano e não são todos os subtipos que causam infecção.

E agora um grupo de cientistas descobriu que esta bactéria pode na verdade ser muito útil - e justamente para combater infecções.

Bactéria contra vírus

Os cientistas da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, descobriram como usar a salmonela para transportar enzimas preparadas para combater vírus, levando estas enzimas até as células-alvo.

E isso de modo seguro, sem causar as tão temidas infecções das bactérias, e usando uma solução oral, mais cômoda do que uma alternativa injetável.

A solução foi eficaz no tratamento de camundongos infectados com citomegalovírus, um vírus da mesma família do vírus do herpes, que geralmente ataca quando a pessoa está com a imunidade baixa.

"Várias vacinas, incluindo as da poliomielite e varíola, usam vírus vivos, mas enfraquecidos, para fortalecer o sistema imunológico. Mas esta é a primeira vez que se consegue modificar geneticamente uma bactéria para o tratamento de uma infecção viral," disse o Dr. Fenyong Liu, que coordenou a pesquisa.

Ribozimas

A salmonela se mostrou uma ferramenta interessante por se tratar de um organismo que sobrevive ao sistema digestivo humano - foi isto o que permitiu o desenvolvimento do tratamento na forma oral, em vez de inalação ou injeção.

Foi usada uma linhagem da salmonela atenuada, já usada na vacina para febre tifoide. Como a salmonela invade facilmente células, os cientistas usaram o organismo para transportar ribozimas capazes de bloquear a atividade genética do citomegalovírus.

Ribozimas são enzimas autocatalíticas, capazes de alvejar e cortar moléculas de RNA específicas, podendo ser usadas para inativar os genes de patógenos. Mas, para isso, elas primeiro precisam entrar nas células.

Como as salmonelas são ótimas em invadir células, o casamento foi perfeito.

Câncer

No estudo, os camundongos que receberam as ribozimas transportadas pela salmonela viveram duas vezes mais do que os outros também infectados mas que não ingeriram a bactéria.

"Este estudo se concentrou no uso da salmonela e das ribozimas para combater infecções, mas, com mais estudos, esse método poderá eventualmente ser usado para tratar outras condições, incluindo o câncer", disse Liu.

Produto natural para os ossos é encontrado no mar

Medicina natural marinha

Um dos mais recentes presentes que a Mãe Natureza deu para a ciência médica parece ser um modelo ideal para o desenvolvimento de novas drogas para fraturas graves, osteoporose e outras doenças dos ossos.

O presente obviamente foi entregue pela natureza há muito tempo, mas só agora os cientistas o encontraram: ele estava bem escondido dentro das cianobactérias que moram nos recifes de coral.

Estima-se que mais da metade dos medicamentos existentes hoje são da família dos "produtos naturais".

Eles vêm de árvores, caracóis, veneno de escorpião, bactérias do solo, plantas e animais. No entanto, até agora apenas alguns poucos vêm do mar.

Jiyong Kong e seus colegas apresentaram o largazole, batizado em homenagem à localidade de Key Largo, na Flórida, onde as cianobactérias marinhas foram identificadas, em um artigo publicado na revista científica Medicinal Chemistry Letters.

Produto natural para os ossos

O composto, diz o grupo, já atraiu a atenção científica por sua capacidade de matar células cancerígenas em experimentos laboratoriais.

As pesquisas agora realizadas incluíram animais de laboratório e mostraram que o largazole tem uma dupla ação inusitada nos ossos feridos ou doentes.

Ele estimula um processo no corpo chamado osteogênese, que inclui o crescimento de novos ossos e a reparação de lesões ósseas.

O Largazole também bloqueia o processo oposto, no qual o corpo reabsorve o osso.

Ambos os benefícios, segundo os cientistas, vêm do efeito do largazole sobre proteínas chamadas histonas desacetilases, que são uma espécie de controle mestre para a produção de proteínas.

Drogas que bloqueiam as histonas desacetilases são usadas atualmente para tratar câncer.

Os pesquisadores também mostraram que produto das bactérias dos recifes de coral, quando misturado com colágeno e fosfato de cálcio, que são componentes dos ossos, ajudou a curar ossos fraturados em camundongos e coelhos de laboratório.

Second Pathway for Antidepressants: New Fluorescent Assay Reveals TREK1 Mechanism

ScienceDaily (Feb. 7, 2011) — Using a unique and relatively simple cell-based fluorescent assay they developed, scientists with the U.S. Department of Energy (DOE)'s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and the University of California (UC), Berkeley have identified a means by which fluoxetine, the active ingredient in Prozac, suppresses the activity of the TREK1 potassium channel. TREK1 activity has been implicated in mood regulation and could be an important target for fluoxetine and other antidepressant drugs.

TREK1 potassium ion channels, fluorescing green in these cultured neurons, have been linked to the regulation of emotions.

"Whereas the inhibiting of serotonin re-uptake remains fluoxetine's primary antidepression mechanism, many pharmacological agents have more than one target," says Ehud Isacoff, a neurobiophysicist who holds joint appointments with Berkeley Lab's Physical Biosciences Division and UC Berkeley's Department of Molecular and Cell Biology. "Our study shows that the inhibition of TREK1 by fluoxetine, which was found in earlier studies, is accompanied by an unbinding of the protein's C-terminal domain from the membrane. This is the first observation of the mechanism by which TREK1 might be regulated by antidepressant drugs."

Isacoff is the corresponding author on a paper reporting the results of this study that appears in the Proceedings of the National Academy of Science (PNAS). Co-authoring this paper were Guillaume Sandoz, a TREK1 specialist with France's National Center for Scientific Research at the Institute for Molecular and Cellular Physiology, and PhD student Sarah Bell, both of whom were with Isacoff's research group at the time the work was done.

Neurons in the human brain are like high-speed transistors, controlling the flow of electrical current through channels in their membranes by the opening and closing of molecular "gates" that control the flow of ions through selective pores. TREK1 is one of the most ubiquitous of these transmembrane proteins, gating the passage of potassium ions through neural membranes, which sets the excitability of the neuron. Earlier studies had shown that when the TREK1 gene is "knocked out" of mice, the mice display a depression-resistant phenotype that mimics the behavior of mice treated with fluoxetine and that the antidepressant inhibits the activity of the TREK1 channel. While these results pointed to a possible role for the TREK1 ion channel in the beneficial response to fluoxetine, the mechanism behind this activity was unclear.

"Studying what the different protein parts of an ion channel do is a huge challenge," Isacoff says. "Over the years, my group has developed techniques by which the domains of channel proteins can be labeled with site-specific fluorescent dyes. Structural rearrangements of the labeled sites in the channel can then be detected through changes in the fluorescence."

Isacoff and his group separated the C-terminal domain from the rest of the protein and tagged it with a green fluorescent protein (GFP) -- a fluorescent protein from jellyfish commonly used to paint cells green for biological studies. Whereas the pore of the TREK1 ion channel is embedded in the plasma membrane of a neuron, the C-terminal is a short tail that protrudes out into the surrounding cytoplasm.

Using voltage clamps to measure electrical currents through the channel and fluorescence to monitor the disposition of the C-terminal domain, Isacoff and his group found that when the C-terminal tail is fully bound to the plasma membrane, the TREK1 potassium channel opens more; when the tail is unbound from the plasma membrane, the ion channel tends to close.

"We found that fluoxetine causes the isolated C-terminal domain to unbind from the membrane and also causes an inhibition of current from the full TREK1 channel," Isacoff says.

The next step will be to see how the C-terminal tail is affected by the presence of fluoxetine when the tail is still attached to the rest of the TREK1 protein. In the meantime, Isacoff and his team feel they now have a valuable assay that can be used to monitor the reversible plasma membrane association of protein domains without the need for scanning, optical slicing or imaging.

"Pharmaceutical companies screening for potential new drugs, such as improved antidepressants, prefer assays that are fast and simple," Isacoff says. "Our technique can be used to follow changes in lipid composition that result from membrane signaling events, or to study the binding to membranes by cytoplasmic regulatory domains of ion channels. This could be very useful for pharmaceutical research."

This research was primarily supported by the National Institutes of Health.

Conceptualizing Cancer Cells as Ancient 'Toolkit'

ScienceDaily (Feb. 7, 2011) — Despite decades of research and billions of dollars, cancer remains a major killer, with an uncanny ability to evade both the body's defenses and medical intervention. Now an Arizona State University scientist believes he has an explanation.

Two scientists, including ASU’s Paul Davies, write about the idea that cancer has ancient evolutionary roots in a paper released Feb. 7 in the journal Physical Biology. Davies heads up the Center for the Convergence of Physical Sciences and Cancer Biology at ASU, a major research initiative funded by the National Cancer Institute. His center is investigating insights from physical science on cancer cells, similar to the ones in this image. Shown here, the upper row shows a normal breast cell with a smooth nuclear membrane of regular shape. The bottom row shows an aggressive breast cancer cell with a distinctively irregular nucleus and overall shape. The left column shows the whole cell, with the cytoplasm appearing as a gray haze. The middle column shows the naked nuclear membrane and the right column shows density variations in the nuclear DNA.

"Cancer is not a random bunch of selfish rogue cells behaving badly, but a highly-efficient pre-programmed response to stress, honed by a long period of evolution," claims professor Paul Davies, director of the BEYOND Center for Fundamental Concepts in Science at ASU and principal investigator of a major research program funded by the National Cancer Institute designed to bring insights from physical science to the problem of cancer.

In a paper published online Feb. 7 in the UK Institute of Physics journalPhysical Biology, Davies and Charles Lineweaver from the Australian National University draw on their backgrounds in astrobiology to explain why cancer cells deploy so many clever tricks in such a coherent and organized way.

They say it's because cancer revisits tried-and-tested genetic pathways going back a billion years, to the time when loose collections of cells began cooperating in the lead-up to fully developed multicellular life. Dubbed by the authors "Metazoa 1.0," these early assemblages fell short of the full cell and organ differentiation associated with modern multicellular organisms -- like humans.

But according to Davies and Lineweaver, the genes for the early, looser assemblages -- Metazoa 1.0 -- are still there, forming an efficient toolkit. Normally it is kept locked, suppressed by the machinery of later genes used for more sophisticated body plans. If something springs the lock, the ancient genes systematically roll out the many traits that make cancer such a resilient form of life -- and such a formidable adversary.

"Tumors are a re-emergence of our inner Metazoan 1.0, a throwback to an ancient world when multicellular life was simpler," says Davies. "In that sense, cancer is an accident waiting to happen."

If Davies and Lineweaver are correct, then the genomes of the simplest multicellular organisms will hide clues to the way that cancer evades control by the body and develops resistance to chemotherapy. And their approach suggests that a limited number of genetic pathways are favored by cells as they become progressively genetically unstable and malignant, implying that cancer could be manageable by a finite suite of drugs in the coming era of personalized medicine.

"Our new model should give oncologists new hope because cancer is a limited and ultimately predictable atavistic adversary," says Lineweaver. "Cancer is not going anywhere evolutionarily; it just starts up in a new patient the way it started up in the previous one."

The authors also believe that the study of cancer can inform astrobiology. "It's not a one-way street," says Davies. "Cancer can give us important clues about the nature and history of life itself."

Jumping Genes Caught in the Act: New Evidence That the Genome Contains Many Mobile Elements

ScienceDaily (Feb. 7, 2011) — An ambitious hunt by Johns Hopkins scientists for actively "jumping genes" in humans has yielded compelling new evidence that the genome, anything but static, contains numerous pesky mobile elements that may help to explain why people have such a variety of physical traits and disease risks.

A model of strands of DNA.

Using bioinformatics to compare the standard assembly of genetic elements as outlined in the reference human genome to raw whole-genome data from 310 individuals recently made available by the 1000 Genomes Project, the team revealed 1,016 new insertions of RIPs, or retrotransposon insertion polymorphisms, thereby expanding the catalog of insertions that are present in some individuals and absent in others. Their results appeared online October 27 inGenome Research.

Retrotransposons are travelling bits of DNA that replicate by copying and pasting themselves at new locations in the genome. Having duplicated themselves and accumulated over evolutionary history, transposable elements now make up about half of the human genome. However, only a tiny subfamily of these insertions known as LINE-1 (L1) is still active in humans. Line 1 insertions are able to mobilize not only themselves but also other pieces of DNA.

"In any individual, only between 80 to 100 retrotransposons are actively copying and inserting into new sites," says Haig Kazazian, M.D., professor of human genetics, McKusick-Nathans Institute of Genetic Medicine, Johns Hopkins University School of Medicine. "We're not only discovering where they are and who has which ones, but also finding out that they insert with a remarkable frequency: On the order of one in every 50 individuals has a brand-new insertion that wasn't in their parents."

The researchers recognized L1 retrotransposons -- distinguishing them from the vast amount of fixed "fossil" transposable elements that litter the genome -- because these actively jumping genes are human specific and almost exactly the same in sequence from one person to another.

"Our genome contains around half a million interspersed L1 sequences that have accumulated over evolutionary history, along with over a million more repeats, most of which were mobilized by L1 elements," explains Adam D. Ewing, Ph.D., a postdoctoral fellow in Kazazian's lab. "Since the vast majority of these are ancestral and therefore common to all humans and even some of our primate relatives, we can ignore them and focus on L1s that contain human-specific characters in their sequences. Those are the actively mobilized elements responsible for considerable genomic diversity among human individuals."

The high frequency of these L1 insertions gives us a better idea about the extent of human diversity, according to Kazazian, whose 22-year focus on retrotransposons seeks to reveal how they alter the expression of human genes.

Just as the structural variants known as single nucleotide polymorphisms (or SNPs, pronounced "snips") serve as markers for various diseases, the hope is that RIPs -- which are up to 6,000 times bigger than SNPs, and therefore may have a stronger effect on gene expression -- will correlate with disease phenotypes.

"In that same way that someone had to go out and find the SNPs, this study was about finding RIPs that remain active and continue to produce new insertions," Kazazian says. "Now we have the background necessary to begin studies that may correlate these L1 insertions with everything from autism to cancer."

Support for this research came from the National Institutes of Health.

Age-Related Macular Degeneration: Key Mechanism in Geographic Atrophy Identified, Two Possible Therapies

ScienceDaily (Feb. 7, 2011) — A team of researchers, led by University of Kentucky ophthalmologist Dr. Jayakrishna Ambati, has discovered a molecular mechanism implicated in geographic atrophy, the major cause of untreatable blindness in the industrialized world.

Geographic atrophy is induced by DICER1 reduction as seen in the retinal photograph (top right, blue arrowheads). This is prevented by blocking Alu RNA (top left). Flat mount pictures show that the degeneration of the RPE cells induced by DICER1 reduction (bottom right) is prevented by blocking Alu RNA (bottom left).

Their article was published online by the journal Nature on Feb. 6.

Concurrent with this discovery, Ambati's laboratory developed two promising therapies for the prevention of the condition. This study also elaborates, for the first time, a disease-causing role for a large section of the human genome once regarded as non-coding "junk DNA."

Geographic atrophy, a condition causing the death of cells in the retina, occurs in the later stages of the "dry type" of macular degeneration, a disease affecting some 10 million older Americans and causing blindness in over 1 million. There is currently no effective treatment for geographic atrophy, as its cause is unknown.

Ambati's team discovered that an accumulation of a toxic type of RNA, called Alu RNA, causes retinal cells to die in patients with geographic atrophy. In a healthy eye, a "Dicer" enzyme degrades the Alu RNA particles.

"We discovered that in patients with geographic atrophy, there is a dramatic reduction of the Dicer enzyme in the retina," said Ambati, professor and vice chair of the Department of Ophthalmology and Visual Sciences and the Dr. E. Vernon and Eloise C. Smith Endowed Chair in Macular Degeneration Research at the UK College of Medicine. "When the levels of Dicer decline, the control system is short-circuited and too much Alu RNA accumulates. This leads to death of the retina."

Alu elements make up a surprisingly large portion -- about 11 percent by weight -- of the human genome, comprising more than 1 million sequences. However, their function has been unknown, so they have been called "junk" DNA or part of the "dark" genome. The discovery of Alu's toxicity and its control by Dicer should prove of great interest to other researchers in the biological sciences, Ambati says.

Ambati's team developed two potential therapies aimed at preventing geographic atrophy and demonstrated the efficacy of both approaches using laboratory models. The first involves increasing Dicer levels in the retina by "over-expressing" the enzyme. The second involves blocking Alu RNA using an "anti-sense" drug that binds and degrades this toxic substance. UK has filed patent applications for both technologies, and Ambati's group is preparing to start clinical trials by the end of this year.

"These findings provide important new clues on the biological basis of geographic atrophy and may provide avenues for intervention through preventing toxic accumulation of abnormal RNA products," said Dr. Paul Sieving, director of the National Eye Institute.

"Ambati's latest research provides important mechanistic insights in geographic atrophy, and identification of this novel pathway may result in new therapeutic targets for a major cause of blindness," said Dr. Napoleone Ferrara, a member of the National Academy of Sciences and Lasker-DeBakey awardee who is a researcher at Genentech.

This work has "widespread implications" for future study, said Dr. Stephen J. Ryan, president of the Doheny Eye Institute and member of the Institute of Medicine.

"The authors have opened an important line of research with real possibilities for future therapeutic intervention for patients with geographic atrophy," Ryan said.

Ambati's laboratory is supported by the National Eye Institute and Research to Prevent Blindness. Dr. Ambati is a Doris Duke Charitable Foundation Distinguished Clinical Scientist and Burroughs Wellcome Fund Translational Research Clinical Scientist.

Protein May Be Key to New Treatment in a Childhood Cancer

ScienceDaily (Feb. 7, 2011) — After analyzing hundreds of proteins produced by the DNA of tumor cells, researchers have identified one protein that may be central to a new treatment for the often-fatal childhood cancer neuroblastoma. Oncologists hope to translate the finding into pediatric clinical trials of a drug that blocks the protein's activity.

"Our study implicates this protein as a promising treatment target for high-risk neuroblastoma," said pediatric oncologist Kristina A. Cole, M.D., Ph.D., of the Cancer Center at The Children's Hospital of Philadelphia. "The fact that drugs acting on this protein are already being studied in clinical trials for adult cancers may hasten the process of testing this treatment strategy in children."

Cole is the lead author of a study published online Feb. 2 in theProceedings of the National Academy of Sciences.

Neuroblastoma, a cancer of the peripheral nervous system, usually appears as a solid tumor in the chest or abdomen. It accounts for 7 percent of all childhood cancers, but because it is often aggressive, it causes 15 percent of all childhood cancer deaths. While low-risk forms of neuroblastoma may spontaneously disappear, in high-risk forms, the cancer tends to return after initial treatment, usually with lethal results.

In the current study, the Children's Hospital researchers performed a comprehensive screen of hundreds of protein kinases encoded by the DNA of neuroblastoma cells. As enzymes, kinases stimulate chemical reactions in the cell, and have been implicated in many cancers as promoting growth and survival of cancer cells. The study team used RNA interference, a powerful research tool that uses small RNA sequences to prevent cells from producing proteins, to interrupt the action of each of the more than 500 kinases made by neuroblastoma tumor cells.

Methodically testing each kinase, one after the other, the researchers identified 30 kinases that, when depleted, caused neuroblastoma cells to die. Among those kinases, cell checkpoint kinase 1 (CHK1) had the strongest effect. "This screen was an unbiased study," said Cole. "We did not know beforehand which kinase would have the most potent effect. In fact, we would not have suspected CHK1, which was thought to be a tumor suppressor. It actually has the opposite effect in neuroblastoma. Its signals appear to drive neuroblastoma growth, likely by allowing them to tolerate stress to DNA caused by the MYC and MCYN oncogenes, which are active in neuroblastoma. Blocking CHK1 activity by RNA interference or by small-molecule inhibitors kills neuroblastoma cells."

When cancer cells are treated with chemotherapy, they can repair themselves though CHK1 signaling, making the chemotherapy less effective. Normal cells have redundant repair pathways and are not affected by CHK1 inhibition. Therefore CHK1 inhibitors are already being tested in adult clinical trials, in combination with chemotherapy, as a possible treatment for lung cancer, pancreatic cancer and other solid tumors. The current study suggests that neuroblastoma cells are particularly sensitive to CHK1 inhibition, without being combined with other agents.

CHK1 is not the first kinase with an important role in neuroblastoma. Some of the collaborators in this study from The Children's Hospital of Philadelphia previously discovered that the anaplastic lymphoma kinase gene (ALK), which carries the code for the ALK kinase, gives rise to some high-risk forms of neuroblastoma. Children's Hospital is currently testing ALK inhibitors in pediatric clinical trials of neuroblastoma, under the sponsorship of the Children's Oncology Group, a cooperative multicenter research organization.

"While it is compelling that there is single-agent activity in neuroblastoma," said Cole. "we anticipate that CHK1 inhibitors combined with chemotherapy will be significantly more potent." Cole expects pediatric oncologists to begin testing CHK1 inhibitors in pediatric clinical trials for neuroblastoma within the next few years.

The National Institutes of Health, the Super-Jake Foundation, the Children's Neuroblastoma Cancer Foundation, the Alex's Lemonade Stand Foundation and the Abramson Family Cancer Research Institute provided financial support for this study. The corresponding author was John M. Maris, M.D., director of the Center for Childhood Cancer Research. All the co-authors are from both Children's Hospital and the University of Pennsylvania School of Medicine.