Porodica Adams u fiziologiji i patologiji bubrega, dio 1

SAŽETAK

Kliknite na Cistanche Tubulosa Supplement za bubrege

Pitajte za više:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

1. Uvod

A dezintegrin i metaloproteaze (ADAM)porodica pripada tipu I transmembranskih i izlučenih metaloendopeptidaza proteina, koji posreduju u cijepanju ekstracelularnog domena (ektodomena) membranskih proteina. ADAM reguliše nekoliko proteina, uključujući faktore rasta, citokine, receptore i adhezione molekule, koji igraju bitnu ulogu u brojnim biološkim procesima kao što su migracija ćelija, ćelijska adhezija, proteoliza i transdukcija signala. Do danas su ADAM-ovi pronađeni u različitim genomima sisara, npr. 37 ADAM-a kod pacova, 34 ADAM-a kod miševa i 21 ADAM-a kod ljudi. ADAM-ovi su fundamentalni za normalan razvoj i morfogenezu, uključujući interakciju spermatozoida i jajeta, embrionalni razvoj i diferencijaciju, određivanje sudbine ćelije i različite aspekte imuniteta. Disregulacija ADAM-a povezana je s višestrukim ljudskim patologijama kao što su kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti, rak, astma, upale ibubregbolesti, i time pruža potencijalne terapijske mete za ove bolesti.

ADAM-ovi reguliraju i koordiniraju staničnu signalizaciju kao odgovor na promjene u fiziologiji i patologiji bubrega. U ovom pregledu fokusiramo se na fiziološke uloge ADAM-a u bubrežnom embriološkom razvoju i sumiramo patološke uloge ADAM-a ubolesti bubrega. Također razgovaramo o potencijalima i izazovima u ciljanju ADAM-a za prevenciju i liječenjebolesti bubrega.

2. Struktura, regulacija i funkcija ADAM-a

Tipična Adamsova struktura sastoji se od prodomene, domene metaloproteinaze, domene dezintegrina, domene bogate cisteinom, domene nalik epidermalnog faktora rasta (EGF), nakon čega slijedi transmembranska regija i citoplazmatski rep (slika 1) . Domen bogat cisteinom i domen sličan EGF-u zamijenjeni su membransko-proksimalnim domenom u ADAM10 i ADAM17, koji se smatraju atipičnim članovima porodice ADAM-a [1 3]. Strukturno, nakon prodomena slijedi domen metaloproteaze, a njihova interakcija je bitna za Adamsovu proteolitičku aktivnost [2, 4]. Do određenog stepena, domen dezintegrina se može selektivno vezati za integrine kako bi posredovao u ćelijskoj adheziji, migraciji ćelija i interakcijama ćelija-ćelija. Domena bogata cisteinom sadrži hiper-varijabilnu regiju (HVR), koja doprinosi Adamsovoj funkciji prepoznavanjem njihovih supstrata i regulacijom katalitičke aktivnosti. Ova regija može biti uključena u modulaciju subćelijske lokalizacije i interakcije protein-protein [5]. Različiti sastav citoplazmatskih repova je ključan za njihove različite funkcije u aktivnosti metaloproteaze, intracelularnoj signalizaciji i subćelijskoj lokalizaciji.

Posljednjih godina, istraživanja o korištenju matičnih stanica i kineskog biljnog lijeka za liječenjebolesti bubregaje zadobila veliku pažnju. Glavni mehanizam ove dvije terapije je promoviranje popravke oštećenog bubrežnog tkiva i zaštita preostalih bubrežnih funkcija.

Kineski biljni lijek, cistanche, koristi se u tradicionalnoj kineskoj medicini za liječenje raznihhronične bolesti bubregaod davnina. Prijavljeno je da cistanche ima potencijal da smanji upalu,smanjiti fibrozu bubrega,i podstiču sintezu komponenti ekstracelularnog matriksa. Otkriveno je da su ovi efekti posljedica njegovih bioaktivnih komponenti, uključujući mnoge fenolne tvari, triterpenoide i kumarine.

S druge strane, tehnologija matičnih ćelija izazvala je revoluciju u medicinskoj praksi. Istraživanja su pokazala da se matične stanice mogu diferencirati u različite vrste bubrežnih stanica i obavljati terapijske aktivnosti, uključujući zaštitu preostalih funkcionalnih bubrežnih tkiva, usporavanje fibroze tkiva i popravku oštećenog bubrežnog tkiva.

Konačno, kombinacija tradicionalne kineske medicine sa modernom naukom mogla bi biti ključ za liječenje raznihbolesti bubrega.Ovu strategiju je postupno prihvatila medicinska zajednica i studije su već pokazale da kombinovana terapija cistanche i tretman matičnim ćelijama može značajno smanjiti stopu smrtnostibolesti bubrega.

U zaključku, upotreba cistanchea i tretmana matičnim stanicama u liječenjubolesti bubregapokazuje veliki potencijal i zahtijeva daljnja istraživanja. Kombinirana terapija ova dva tretmana mogla bi pružiti poboljšanu opciju liječenja za one koji se suočavajubolesti bubrega.

Ekstracelularni i intracelularni putevi aktivacije ADAM-a su zamršeni, jer se regulacija često dešava kroz konformacijske promjene, aktivatore ili inhibitore. Nakon biosinteze u endoplazmatskom retikulumu i sazrijevanja u Golgijevom kompartmentu, ADAM luče neaktivne zimogene. Citoplazmatski rep kontroliše zadržavanje pravilno presavijenih ADAM-a u Golgijevom kompartmentu neidentifikovanim mehanizmom, koji ometa oslobađanje aktivnosti ADAM-a na ćelijskoj membrani [6, 7]. Prodomen inhibira Adamsovu aktivnost održavajući domen metaloproteinaze u neaktivnoj konformaciji, a cijepanje prodomena proteazama furinskog tipa i PC7 oslobađaju katalitičku aktivnost u procesu koji se javlja prilikom prelaska na površinu ćelije [1,4,8]. Pored efekata konformacionih promena na aktivnosti ADAM-a, aktivnosti ADAM-a takođe potiskuju endogene tkivne inhibitore metaloproteinaza (TIMP), koji imaju specifičan inhibitorni efekat na različite članove porodice ADAM-a.

ADAM posredovano cijepanje ektodomena je proces oslobađanja ekstracelularnog domena proteolitičkim cijepanjem. Različiti supstrati ADAM-a uključuju faktore rasta, citokine, hemokine, adhezione molekule, proteine ​​ekstracelularnog matriksa, te receptore i ligande signalnih puteva, te stoga funkcije izlučivanja ektodomena ADAM-a igraju istaknutu ulogu ne samo u ćelijskoj proliferaciji, diferencijaciji i adheziju, ali i u transdukciji signala. Štaviše, ADAM-posredovano izlučivanje ektodomena je identifikovano u egzosomima, što potencijalno doprinosi međućelijskoj komunikaciji [9,11]. Pored svoje uloge u oslobađanju ektodomena, ADAM-ovi takođe imaju sposobnost da moduliraju intracelularnu transdukciju signala. ADAM-ovi igraju glavnu ulogu u transmembranskom izlučivanju proteina, početni korak za reguliranu intramembransku proteolizu (RIP) koja oslobađa intracelularne domene i regulira intracelularne signalne događaje. Notch signalizacija i procesiranje proteina prekursora amiloida su tipični primjeri RIP-a.

U posljednjih nekoliko godina, ADAM10 i ADAM17 su bili najviše proučavani članovi porodice. Nekoliko istraživača je potvrdilo ulogu ADAM10 i ADAM17 u bubrežnim fiziološkim i patološkim procesima (Tabela 1). ADAM10 se eksprimira u bubrežnim tubularnim ćelijama i uključen je u nekolikobubregbolesti [12]. Dok je ADAM17 slabo eksprimiran u proksimalnim tubulima, glomerularnom endotelu i mezangijumu, njegova ekspresija je značajno inducirana u intersticijskoj fibrozi i tubularnoj atrofiji [13, 14]. Važnost ADAM posredovane signalizacije ububregje prepoznato i istaknuto. Zatim ćemo pregledati nedavne uvide u molekularnu ćelijsku biologiju ADAM-a u kontekstu normalnih i abnormalnihbubrezii raspravljati o preciznim funkcijama ADAM proteina u nefrogenezi,bubregćelijski efekti, ibubregbolestiodvojeno.

3. ADAMs u nefrogenezi

ADAMs su esencijalne proteaze uključene u razvoj embrija putem kontrole ćelijske proliferacije, diferencijacije ćelija, migracije ćelija i morfogeneze organa. Različiti fenotipovi su uočeni kod ADAM nokaut miševa zbog široke ekspresije ADAM-a u tkivima sisara, ali samo ADAM10, ADAM17 i ADAM19 nulti miševi imaju defekte u razvoju embrija [15]. U ovom pregledu fokusiramo se na opsežne informacije o porodici ADAM tokomrazvoj bubrega, i ukratko sumirati uloge dva dobro proučena člana, ADAM10 i ADAM17.

ADAM10 je najpoznatiji po svojoj funkciji u ligand-ovisnom cijepanju Notch S2, koji je odgovoran za posredovanje Notch puta. Notch signalizacija ima višestruke efekte kroz razvoj različitih tkiva i tipova ćelija. U razvoju bubrega, Notch signalizacija kontrolira sudbinu proksimalnih tubularnih epitelnih stanica, kao i sastav stanica sabirnih kanala. Visoka ekspresija Notch2 je uočena u pupoljku uretera u razvoju (UB), a ADAM10 je takođe visoko eksprimiran u kasnom UB, što ukazuje da je ADAM10 uključen u metanefrični razvoj [16]. Štaviše, slit geni su eksprimirani u metanefričnom mezenhimu, dok se Robo1 također nalazi u UB. Dakle, ADAM10 može učestvovati u regulaciji Slit-Robo signalizacije tokom nefrogeneze [17, 18]. Pokazalo se da nedostatak ADAM10 u UB ​​smanjuje omjer glavne ćelije/interkalirane ćelije u sabirnom kanalu uz smanjenje Notch aktivnosti. Miševi s nedostatkom ADAM10 imaju poliuriju i hidronefrozu, što sugerira da ovi miševi imaju defekte koncentracije u urinu. Uzeti zajedno, ADAM10 igra nezamjenjivu ulogu u određivanju sudbine stanica sabirnih kanala, što je djelimično neophodno za normalan razvoj bubrežnih sabirnih kanala [19]. Tokom razvoja, glomerularne endotelne ćelije stupaju u interakciju sa mezangijalnim ćelijama i podocitima kako bi se stvorila zrela glomerularna vaskularna struktura. Normalna Notch signalizacija je ključna za sazrevanje podocita i mezangijalnih ćelija, što je neophodno za pravilan razvoj glomerula [20, 21]. Nedostatak Notch1, kao i inaktivacija ADAM10 u endotelnim stanicama, rezultira sličnim glomerularnim defektima koji se spašavaju prekomjernom ekspresijom Notch signalizacije kod miševa s nedostatkom ADAM10. Ovi nalazi ukazuju da ADAM10- zavisna Notch signalizacija igra centralnu ulogu u razvoju glomerula [22]. Nadalje, Farberova grupa je izvijestila da ADAM10/Notch signalizacija potiče sazrijevanje glomerularne vaskulature [23]. Osim toga, povećana ekspresija ADAM10 je otkrivena u diferenciranim podocitima [24]. Stoga ADAM10 doprinosi različitim aspektima razvoja bubrega (slika 2).

Slika 2.Uloga ADAM10 signalizacije u razvoju bubrega. Notch receptor se aktivira vezivanjem liganda nakon što je ADAM10 posredovao u cijepanju Notch liganda na S2 mjestu i drugom proteolitičkom cijepanju gama-sekretaze na mjestu S3. Tokom nefrogeneze, ADAM10/Notch signalizacija je djelimično neophodna za normalan razvoj bubrežnih sabirnih kanala. A normalna Notch signalizacija je ključna za sazrevanje podocita i mezangijalnih ćelija, što je neophodno za pravilan razvoj glomerula. Osim toga, ADAM10/Notch signalizacija promovira sazrijevanje glomerularne vaskulature.

ADAM17 učestvuje u proliferaciji, diferencijaciji i migraciji ćelija kao pleiotropni regulator razvoja organa, a ovi efekti su uglavnom povezani sa EGFR signalizacijom. ADAM17-defektni miševi i defektni miševi koji signaliziraju EGFR pokazuju slične razvojne defekte, što se može objasniti smanjenim nivoima EGFR liganada i neadekvatnom aktivacijom EGFR-a [25]. EGFR put takođe igra ključnu ulogu ububregrazvoj doprinoseći indukciji metanefričkih struktura. Nekoliko članova porodice EGF, kao što su EGF, TGFa i HB-EGF, eksprimiraju se tokom metanefričkog razvoja i mogu doprinijeti razvoju nefrona putem EGFR aktivacije. In vitro studije su pokazale da EGFR ligandi EGF i TGFa stimuliraju embrionalnibubregrast i proliferaciju ćelija [26]. Delecija EGFR liganada EREG, AREG i TGFa narušava proces morfogeneze UB in vitro kultura metanefrosa pacova [27]. U ljudskoj nefrogenezi, imunoreaktivnost na HB-EGF može se otkriti u UB ​​od E14,5 dana i opstati tokom embriogeneze, dok se imunoreaktivni EGF i TGFa detektuju u svim metanefričkim strukturama od 7. sedmice i smanjuju se tokom procesa diferencijacije nefrona [ 28, 29]. Dakle, uloga ADAM17-posredovanog EGFR signala tokombubregrazvoj zaslužuje dalje istraživanje. Zanimljivo je da ADAM17 također učestvuje u stvaranju aktivnog oblika Notch-a, koji je važan u razvoju glomerula [30]. Uvjetni nokaut miševi ububregmože dodatno razjasniti doprinos ADAM17 tokom nefrogeneze.

4. Ćelijski efekti ADAM-a u bubrezima

Uloge ADAM17 u regulaciji tubularnih epitelnih ćelija, mezangijalnih ćelija i podocita sumirane su na slici 3, a takođe ukratko razmatramo ćelijske efekte ADAM10.

4.1. Tubularne epitelne ćelije

Napovreda bubrega, ADAM17 se pojačano regulira i aktivira u TEC-ovima, izazivajući upalu i proliferaciju. ADAM17 oslobađa EGFR ligande TGFa i HB-EGF da aktivira EFGR signalizaciju, što rezultira povećanjem regulacije proinflamatornih faktora i infiltracijom inflamatornih ćelija. Studija u kultivisanim TEC-ima pokazala je povećanje regulacije proteina inflamatornih gena izazvano aldosteronom i prekomernu ekspresiju proinflamatornih faktora preko ADAM17/EGFR aktivacije. Blokada ADAM17/EGFR puta u ovim ćelijama imala je antiinflamatorne efekte kao odgovor na aldosteron [31]. Ford i saradnici su izvijestili da je povećani oksidativni stres kod ozljede TEC-a uzrokovane visokom glukozom spriječen inhibicijom ADAM17, što sugerira da je ADAM17 važan posrednik upale bubrežnih tubulara [32]. Ovi nalazi ističu ADAM17 kao važan efektor upale nakon TEC-ove povrede. Štaviše, aktivacija ADAM17 puta inducira TEC-ovu proliferaciju i epitelno-mezenhimsku tranziciju (EMT), koju karakteriše povećana ekspresija fibronektina i ćelijskog kolagena [33,35]. ADAM17-posredovana trajna aktivacija EGFR signalizacije stupa u interakciju s oslobađanjem profibrotskih faktora i inducira intersticijsku fibrozu. Ovi nalazi ukazuju na složenu regulatornu mrežu između ADAM17 i TEC kod upale i fibroze.

4.2. Mesangijalne ćelije

Bubrežne mezangijalne ćelije, glavni sastojci glomerularnog mezangija, kritično su uključene u različite glomerularne povrede. Kao odgovor na ozljedu, mezangijalne stanice su proliferirale i aktivirale se da proizvode komponente mezangijalnog matriksa, kao što su kolagen Ⅳ, fibronektin i laminin, koji doprinose višku ekstracelularnog matriksa (ECM). Štoviše, aktivacija mezangijalnih stanica također inducira lučenje različitih upalnih citokina, hemokina i adhezionih molekula, promovišući akumulaciju inflamatornih stanica i proces renalne fibroze.

ADAM17 se aktivira kao odgovor na ozljedu, što dovodi do proliferacije mezangijalnih ćelija i akumulacije ECM. Kao što je gore spomenuto, ADAM17 učestvuje u oslobađanju EGFR liganada da bi aktivirao EGFR i inducira nizvodnu ERK fosforilaciju. Pokretanje nizvodne signalizacije pokreće ćelijsku proliferaciju, migraciju i apoptozu [36, 37]. Štaviše, uključivanjem EGFR puta, ADAM17 indukuje akumulaciju glomerularnog matriksa što dovodi do glomeruloskleroze i intersticijalne fibroze. Studije na mezangijalnim ćelijama su pokazale da se u uslovima visokog nivoa glukoze ADAM17 aktivira i reguliše profibrotski TGFa u akumulaciji matriksnih proteina [38, 39]. Ove efekte poništava TAPI2, inhibitor ADAM17, blokiranjem akumulacije glomerularnog kolagena [40]. Dodatno, ADAM10 i ADAM17 posreduju u oslobađanju CXCL16 u mezangijalnim ćelijama, promovišući ćelijsku proliferaciju i migraciju. Značajno je da i ADAM10 i ADAM17 sudjeluju u regrutovanju imunoloških ćelija u glomerulu kako bi pokrenuli upalni proces [41]. Osim toga, ADAM15 učestvuje u reorganizaciji mezangijalnog matriksa i migraciji mezangijalnih ćelija kod bolesti [42]. Ovi nalazi ukazuju da su ADAM centralno uključeni u odgovor mezangijalnih ćelija nakon povrede.

4.3. Podociti

Podociti igraju vitalnu ulogu u održavanju barijere glomerularne filtracije i stoga su glavna meta ozljeda kod različitih glomerularnih bolesti. Podociti podležu morfološkim promjenama, uključujući brisanje stopala, nepravilan oblik i citoplazmatske kapljice, koje mijenjaju konstrukciju bazalne membrane glomerula što dovodi do proteinurije. Nadalje, podociti stvaraju reaktivne vrste kisika i povećavaju ekspresiju TGFb i kemokinskih receptora kako bi aktivirali signale povezane s upalom, što zauzvrat potiče ozljedu podocita [43].

Povećana ekspresija ADAM10 i ADAM17 predstavlja glavni pokretač oštećenja podocita kod glomerularnih bolesti. Trajna povreda podocita dovodi do aktivacije signala ADAM17/EGFR, što smanjuje permeabilnost podocita i inducira regeneraciju podocita. Dey i saradnici su pokazali da ADAM17-zavisna EGFR aktivacija promijenila permeabilnost podocita promovišući preuređenje proteina zonula occludens-1, dok su ovi efekti bili oslabljeni inhibicijom EGFR i ADAM17 down-regulacijom [44]. U kultivisanim ljudskim podocitima, inhibicija ADAM17 smanjuje konstitutivno i forbol esterom izazvano izlučivanje EGFR liganda TGFa, kao i ćelijsku proliferaciju [13]. Štaviše, ADAM10 i ADAM17 su uključeni u oslobađanje CXCL16 iz podocita, koji igra važnu ulogu u posredovanju inflamatornih faktora i migracije podocita. CXCL16 je receptor za hvatanje, a njegovo oslobađanje posreduje u preuzimanju volovskog LDL-a za indukciju reaktivnih vrsta kisika i fibronektina u podocitima [45]. Druga studija je otkrila da ADAM{17}posredovano oslobađanje CXCL16 modulira aktinski citoskelet, kao i promovira migraciju podocita [46]. Posebno, ADAM10 je identificiran kao glavni regulator za Notch signalizaciju, koja učestvuje u razvoju glomerularne bolesti. Nekoliko studija je sugeriralo da je Notch aktivacija u podocitima doprinijela brisanju procesa stopala i potom albuminuriji i glomerulosklerozi [47]. Složena regulatorna mreža između ADAM10 i Notch signalizacije kod ozljede podocita još uvijek treba biti razjašnjena.

Zatražite više: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501