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FACTORS AFFECTING GROWTH IN CHILDREN WITH CHRONIC KIDNEY DISEASE. THE GH-IGF1 Axis. Francisco Cano MD Titular Professor Division of Pediatric Nephrology Luis Calvo Mackenna Children’s Hospital Department of Pediatrics University of Chile

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FACTORS AFFECTING GROWTH IN CHILDREN WITH

CHRONIC KIDNEY DISEASE. THE GH-IGF1 Axis.

Francisco Cano MD

Titular Professor

Division of Pediatric Nephrology

Luis Calvo Mackenna Children’s

Hospital

Department of Pediatrics

University of Chile

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GROWTH in PD, a global picture from PedPD data

Growth and Nutritional status

Height SDS Your Center All

At PD initiation - mean ± SD -2.09 ± 1.32 -2.27 ± 1.77

At most recent visit - mean

± SD

-2.40 ± 1.09 -2.33 ± 1.78

Body mass index SDS (for

Height age)

Your Center All

At PD initiation - mean ± SD 0.25 ± 1.31 0.06 ± 1.39

At most recent visit - mean

± SD

0.11 ± 1.06 0.17 ± 1.41

http://www.pedpd.org/

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GROWTH IN PEDIATRIC PD, a global picture

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anemia

Hipertension

Metab Mineral

Nutricion Adecuación

Acidosis

Resistencia GH

FACTORS AFFECTING GROWTH IN CHILDREN WITH

CHRONIC KIDNEY DISEASE.

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Hormona de Crecimiento

La GH es un polipéptido de 191

aminoácidos sintetizado y secretado por

las células somatotrofas de la hipófisis

anterior.

Presenta una cadena única con dos

puentes disulfuro y un peso molecular

de 21,5 kD.

Incluye cuatro hélices, necesarias para la

interacción funcional con el receptor de

GH.

Se encuentra codificado por un gen

localizado en el brazo largo del

cromosoma 17.

GH viaja unido a una proteína de alta

afinidad (GHBP), tiene una vida media en

circulación de 15 a 20 minutos luego de

su secreción.

Su efecto lo ejerce

fundamentalmente por IGF-1

.

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GROWTH HORMONE RESISTANCE IN CRF

Roelfsema V., J Am Soc Nephrol 2001

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Effects of Chronic Renal Failure and Growth Hormone on Serum Levels of

Insulin-Like Growth Factor-Binding Protein-4 (IGFBP-4) and IGFBP-5 in

Children: A Report of the Southwest Pediatric Nephrology Study Group

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INICIO DE SEÑAL INTRACELULAR:

ACTIVACION DE RGH

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GH-MEDIATED JAK2/STAT SIGNAL TRANSDUCTION IS

IMPAIRED IN CRF

Rabkin R, et al

Pediatr Nephrol 2005, 20;313-8

GH receptor-associated

Tyrosine kinase JAK-2

(Janus associated kinase 2)

Signal transducers and activators

Of transcription (STATs )

Supressors of Cytokine

Signaling SOCS

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Ocaranza et al., J Pediatr Endocr Met 2012

Expression of SOCS1, SOCS2, and SOCS3 in growth hormone-stimulated

skin fibroblasts from children with idiopathic short stature

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STATs

En el camino de señalización de citoquinas hay un

gran nº de ligandos y Rs concentrados en un nº

limitado de factores de transcripción

• STAT 1 : Señalización de IFN-γ e IFN-α/β, GH

• STAT 2 : Señalización de IFN-α/β

• STAT 3 : Señalización de Interleuquinas,

principalmente IL-6, GH

• STAT 4 : Señalización de IL-12

• STAT 6 : Señalización de IL-4, IL-13. Desarrollo

de las células T

• STAT 5 : Los productos de los genes de STAT 5a

y STAT 5b, son activados por un amplio rango de

citoquinas, GH, PL y EPO.

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STAT5b Is Required for GH-Induced Liver Igf-I

Gene Expression

Davey H, Endocrinology 2001

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Schaeffer F, et al

J Clin Invest 2001, 108;467-75

GH-MEDIATED JAK2/STAT SIGNAL TRANSDUCTION IS

IMPAIRED IN CRF RATS

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Schaeffer F, et al

J Clin Invest 2001, 108;467-75

GH-MEDIATED JAK2/STAT SIGNAL TRANSDUCTION IS

IMPAIRED IN CRF RATS

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GH-MEDIATED JAK2/STAT SIGNAL TRANSDUCTION IN

VIVO

Rabkin R, et al

Pediatr Nephrol 2005, 20;313-8

GH receptor-associated

Tyrosine kinase JAK-2

(Janus associated kinase 2)

Signal transducers and activators

Of transcription (STATs )

Supressors of Cytokine

Signaling SOCS

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Controles y Casos

Biopsia de piel

Cultivo de

Fibroblast

os

Confluenci

a 80%

Extracción de Proteínas

Citoplasmáticas y nucleares

NE-PER

Nuclear and cytoplasmic

Extraction reagents

PIERCE

Estimulación con

GH (200 ng/ml)

0’ , 30’ y 60’

CITOPLASMA

WB JAK2

JAK2-p

STAT5b

STAT5b-p

Actina

NUCLEO

WB STAT5b

STA5b-p

TFIIB

ROL DEL EJE GH/IGF1 EN EL RETRASO DE CRECIMIENTO EN

NIÑOS EN DIALISIS PERITONEAL. FONDECYT 1110226

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Cultivo Primario de Fibroblastos

Confluencia 20%

Confluencia 50%

Confluencia 80%

Gentileza Dr C Irarrazabal.

Fisiología Integrativa y Molecular de la U. de los Andes

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o 100 % de los tejidos recibidos generaron fibroblastos

en cultivo.

o No existieron diferencias morfológicas en los cultivos

de fibroblastos de controles y casos.

o EL tiempo necesario para lograr el 80% de

confluencia en el cultivo de fibroblastos fue de 3-4

semanas.

o No se observaron diferencias en la velocidad de

crecimiento de los fibroblastos de controles y casos

Cultivo Primario de Fibroblastos

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ROL DEL EJE GH/IGF1 EN EL RETRASO DE

CRECIMIENTO EN NIÑOS EN DIALISIS PERITONEAL.

FONDECYT 1110226

Pacientes (n=17) Controles (n=20)

N (H/M) 17 (9/8) 20 (18/2)

Edad (años) 5,7 + 4,3 4,5 + 1,58

Tiempo en PD (meses) 11,8 + 9,8

Z T/E -2,68 + 1,4 -0,3 + 2,2

Z IMC -0,12 + 0,85 0,67 + 2,05

Z IGF-1 1,21 + 3,21

Z IGFBP-3 1,33 + 1,52

ORAL PRESENTATION, IPNA SHANGHAI 2013

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Rabkin R, et al

Pediatr Nephrol 2005, 20;313-8

GH receptor-associated

Tyrosine kinase JAK-2

(Janus associated kinase 2)

Signal transducers and activators

Of transcription (STATs )

Supressors of Cytokine

Signaling SOCS

GH-MEDIATED JAK2/STAT SIGNAL TRANSDUCTION IN

VIVO:

GHR

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• El gen de RGH humano está ubicado en el brazo corto del cromosoma 5

(región p13.1-p12).

• Posee 9 exones codificantes (2-10). El exón 2 codifica para el péptido señal, los

exones 3-7 al dominio extracelular, el exón 8 al dominio transmembrana, y el 9-

10 al dominio intracitoplasmático.

• La molécula de RGH está constituida por 638 aminoácidos. Se han descrito

mas de 50 mutaciones del gen.

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•En su estructura se pueden diferenciar tres dominios: un DIC de 350

aminoácidos, una porción transmembrana, y un DEC de unión a la hormona

de crecimiento de 246 aminoácidos- Este último es idéntico a la proteína

ligadora de hormona de crecimiento humana de alta afinidad (GHBP)

circulante en el plasma.

La enzima TACE (MP tumour necrosis factor alpha converting enzyme)

produce el clivaje proteolítico del ectodominio del RGH y genera la proteína

de transporte de GH en circulación (GHBP).

• En conjunto, los niveles de GH, el recambio o turnover del RGH, las

señales post-receptor, y los niveles de GHBP determinan el efecto biológico

final de la hormona de crecimiento humana.

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Tonshoff B. J Clin Endocrinol Metab 1997

Reduced Concentration of Serum Growth Hormone (GH)-Binding Protein

in Children with Chronic Renal Failure: Correlation with GH Insensitivity

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Growth hormone binding protein levels in children under chronic peritoneal

dialysis. Fondecyt 1110226

GHBP VC

ng/mL cm/año

40,30

9,50 6,0

9,30 5,0

21,50 8,0

40,50 7,5

9,90 9,0

10,50 4,5

114,30 11,0

75,90 11,0

231,10 24,3

121,00 11,0

9,70 2,0

37,50 8,00

21,70 6,50

8,70 6,00

50,76 8,56

58,3005982 4,879168547

0,018577574

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0,0055 0,0053 0,0053

0,0111 0,0115

0,014

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

Basal 0-24 h. 24- 48 h

jAK

-2 T

OT

AL

Patients Controls

00.000 00.000 00.000

00.000

00.000 00.000

0,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

Basal 0-24 h. 24- 48 h

ST

AT

5 T

OT

AL/A

CT

IN

Patients Controls

Niveles basales de JAK2 y STAT5b en fibroblastos de niños en

diálisis peritoneal crónica

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07 07

1

21

10

0

5

10

15

20

25

Basal 0-30 min 30-60 min

PJa

k2

/Ja

k2

-T A

U/B

-actin

e

Patients Controls

06 06

1

17

13

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Basal 0-30 min 30-60 min

PS

tat5

/Sta

t5-T

A

U/B

-actin

e

Patients Controls

Niveles de PJAK2/Jak2T y PSTAT5b/Stat5bT en fibroblastos de

niños en diálisis peritoneal crónica

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01 01

00

03

02

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Basal 0-30 min 30-60 min

N-P

Sta

t5/S

tat5

-T A

U/T

FII

B

Patients Controls

Expresión nuclear de N-PStat5/Stat5-T AU/TFIIB

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Expresión IGFBP3 estimulado con GH (200 mg/mL)CONTROLES

DATOS CRUDOS

0 hrs 24 hrs 48 hrs0

10

20

30

40***

mR

NA

IG

FB

P3

/18

S (

AU

)

Expresión IGFBP3 estimulado con GH (200 mg/mL)ENFERMOS

DATOS CRUDOS

0 hrs 24 hrs 48 hrs0

10

20

30

40

mR

NA

IG

FB

P3

/18

S (

AU

)

***p < 0,05

Nuclear transcription of IGFBP3-mRNA in

PD children

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001

002

000

001

002

001

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Basal 0-24 h. 24- 48 h

No

rma

lize

d A

LS

Patients

Controls

01 01

01

01

02

01

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Basal 0-24 h. 24- 48 h

No

rma

lize

d IG

F

Patients Controls

Nuclear transcription of IGF-1 and ALS

genes in dialyzed children

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-1,9

-2,16 -2,04

-1,85

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

6 m pre (n:14) inicio GH (n:14) 6 m post (n:9) 12 m post (n:7)

Z ta

lla/e

dad

ROL DEL EJE GH/IGF1 EN EL RETRASO

DE CRECIMIENTO EN NIÑOS EN DIALISIS

PERITONEAL. FONDECYT 1110226

Tratamiento con GH

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…EN PACIENTES PEDIÁTRICOS PORTADORES DE ENFERMEDAD

RENAL CRÓNICA 5D EN DIÁLISIS PERITONEAL

• LA ETIOPATOGENIA DEL RETRASO DEL CRECIMIENTO ES MULTIFACTORIAL

• MUCHOS DE LOS FACTORES ASOCIADOS SON CONOCIDOS Y PUEDEN SER

TRATADOS

• EXISTE UNA RESISTENCIA A LA HORMONA DE CRECIMIENTO (GH) QUE NO

RESPONDE AL MANEJO TRADICIONAL DE LA ERC

• EN EL ESTUDIO PRESENTADO, SE CONFIRMA QUE LA RESISTENCIA A GH SE

ASOCIA A UN DEFECTO EN LA VIA JAK2-STAT5b INTRACELULAR, DEL EJE GH-

IGF1.

• EN ESTA VIA LOS NIVELES BASALES DE JAK2 ESTAN DISMINUIDOS AL

COMPARAR CON NIÑOS NO URÉMICOS

• IGUALMENTE ESTAN DISMINUIDOS LOS NIVELES BASALES DE STAT5B

• EN ESTA VIA, LA FOSFORILACIÓN DE JAK2 SE ENCUENTRA DISMINUIDA AL

COMPARAR CON NIÑOS NO URÉMICOS.

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…EN PACIENTES PEDIÁTRICOS PORTADORES DE ENFERMEDAD

RENAL CRÓNICA 5D EN DIÁLISIS PERITONEAL

• IGUALMENTE EXISTE UNA SIGNIFICATIVA DISMINUCIÓN DE LA

FOSFORILACIÓN DE STAT5B

• LA ABUNDANCIA DE P-STAT5B EN EL NÚCLEO DE LAS CÉLULAS ESTUDIADAS

ESTA SIGNIFICATIVAMENTE DISMINUIDA FRENTE A LOS CONTROLES.

• LA TRANSCRIPCIÓN NUCLEAR PARA IGFBP-3 SE ENCUENTRA

SIGNIFICATIVAMENTE DISMINUIDA EN EL GRUPO EN ESTUDIO AL ESTÍMULO

CON GH A LAS 24 Y 48 H.

• LA TRANSCRIPCIÓN NUCLEAR DE IGF1 Y ACID LABEL SUBUNIT ALS, SE

ENCUENTRA SIGNIFICATIVAMENTE DISMINUIDA A LAS 48 HS DEL ESTÍMULO

CON GH.

• EN CONCLUSIÓN, LA VIA JAK2-STAT5b INTRACELULAR DEL EJE GH-IGF1 SE

ENCUENTRA SIGNIFICATIVAMENTE ALTERADA EN NIÑOS EN DIÁLISIS

PERITONEAL CRÓNICA, SUGIRIENDO QUE ES UN IMPORTANTE FACTOR DE

RESISTENCIA A GH Y RETRASO DE CRECIMIENTO EN ESTA POBLACIÓN.

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muchas gracias por su paciencia