UMOD i arhitektura bolesti bubrega

Abstract

Identifikacija genetskih faktora povezanih sa rizikom, nastankom i napredovanjembolest bubregaima potencijal da pruži mehaničke uvide iterapeutske perspektive. Za manje od dvije decenije, tehnološki napredak donio je mnoštvo informacija o genetskoj arhitekturihronična bolest bubrega. Spektar genetskog uticaja kreće se od (ultra) retkih varijanti sa velikim efektima, uključenih u Mendelove bolesti, do uobičajenih varijanti, često nekodirajućih i sa malim veličinama efekata, koje doprinose poligenskim bolestima. Ovdje razmatramo paradigmuUMOD, gen koji kodira uromodulin, kako bi se ilustrovalo kako je protein specifičan za bubrege od velike fiziološke važnosti uključen u spektar bubrežnih poremećaja. Ovo novo polje istraživanja ilustruje važnost genetske varijacije u patogenezi iprognoza bolesti, saterapeutske implikacije.

KLIKNITE OVDJE DA ZNATE CISTANCHE ZA LIJEČENJE BOLESTI BUBREGA

S procijenjenom globalnom prevalencijom iznad 10%, visokim individualnim i društvenim opterećenjem i ograničenim terapijskim mogućnostima,hronična bolest bubrega(CKD) je glavni problem javnog zdravlja. Čak iu svojim ranim fazama, CKD je povezan s višestrukim komplikacijama i štetnim ishodima, te je glavni faktor rizika za ubrzanukardiovaskularne bolestii starenje [15]. Desetljećima je nedostatak mehaničkog razumijevanja višestrukih funkcija koje osigurava bubreg usporavao razvoj farmakoloških intervencija usmjerenih na CKD i s njim povezane komplikacije [10, 32].

Porodično grupisanje bubrežnih poremećaja, visoka heritabilnost parametara funkcije bubrega i varijabilna osjetljivost inbrednih sojeva životinja na oštećenje bubrega pokreću snažne napore da se dešifruje genetska arhitektura bubrežnih bolesti [5, 15, 37, 60]. Prvi genetski proboj u nefrologiji bio je mapiranje autosomno dominantne policistične bolesti bubrega (ADPKD) 1985. [51] i identifikacija mutacije u COL4A5 koja uzrokuje Alportov sindrom 1990. godine [1]. Ubrzo je uslijedila identifikacija gena uključenih u klasične glomerularne i tubularne bolesti, uključujući nefrotski sindrom otporan na steroide, nefropatsku cistinozu, Dentovu bolest, Bartter i Gitelman sindrom, nefrogeni dijabetes insipidus i ADPKD [10]. Za manje od dvije decenije, pojava novih tehnologija uključujući sekvenciranje sljedeće generacije (NGS) i studije asocijacija na cijelom genomu (GWAS) dovela je do identifikacije stotina gena koji uzrokuju nasljedne poremećaje bubrega ili su povezani s metrikom funkcije bubrega i rizikom od CKD-a. . Zauzvrat, ovi uvidi su poboljšali naše razumijevanje procesa koji funkcionišu u normalnim i bolesnim segmentima nefrona, pružajući tako nove terapeutske ciljeve [10, 60, 67]. Ova otkrića su omogućena zahvaljujući kolaborativnim studijama koje su okupljale porodice sa rijetkim poremećajima i velike multietničke kohorte za otkrivanje rijetkih i uobičajenih genetskih varijanti. U ovom kratkom pregledu koristit ćemo paradigmu genetske varijacije u UMOD-u, genu koji kodira uromodulin – najzastupljeniji protein u bubrezima i normalnom urinu – kako bismo ilustrirali kako genetski pristupi imaju potencijal da daju uvid u arhitekturu CKD. . Ove studije uključivale su nekoliko švicarskih kohorti, od normalne populacije do rijetkih bolesti, i tehnološki razvoj podržan od strane Švicarskog nacionalnog centra kompetentnosti za bubrege. CH.

Spektar frekvencije alela i veličina efekta u bolesti

Jednom kada se utvrdi genetski utjecaj na određeni aspekt funkcije bubrega, posebna istraživanja mogu dešifrirati genetsku arhitekturu poremećaja povezanih s tom osobinom. Tri kriterijuma su važna kada se razmatraju alelne varijante povezane sa bolešću: (i) učestalost varijanti u populaciji; (ii) veličina efekta varijante na fenotip; i (iii) broj genetskih varijanti koje djeluju na fenotip [52]. Ovi kriterijumi su klasično predstavljeni na X–Y dijagramu, sa prevalencijom genetske varijante na x-osi i veličinom njenog efekta na y-osi (slika 1). Ovaj odnos vizualizira spektar alelnih varijacija, polazeći od (ultra-) rijetkih varijanti (manja frekvencija alela< 1°/00) with large effect size, involved in Mendelian disorders, to common variants (frequency>5%), sa malom veličinom efekta uključenom u uobičajene, poligene poremećaje [34]. Ove genetske varijante mogu se identificirati korištenjem novih tehnologija uključujući NGS i GWAS, respektivno. Predviđa se da će varijante srednjeg efekta, koje GWAS ne uhvati, ali su podložne pristupima sekvencioniranja, biti dio kontinuuma (slika 1). I studije zasnovane na populaciji i kohorte rijetkih bolesti ključne su za takvo otkriće gena.

SKIPOGH i CoLaus kohorte: studije heritabilnosti i GWAS

Dvije švicarske kohorte bazirane na populaciji pružile su neprocjenjivu podršku studijama koje su istraživale heritabilnost parametara funkcije bubrega i ulogu UMOD varijacija u CKD (slika 2).

CoLaus studija ("Cohorte Lausannoise") je longitudinalna kohorta zasnovana na populaciji pokrenuta 2003. godine u gradu Lozani. Učesnici CoLausa su nasumično odabrani sa kompletne liste stanovnika Lozane 2003. godine [16]. Kriterijumi za uključivanje su bili (i) pismeni informirani pristanak; (ii) starost 35–75 godina; (iii) spremnost da učestvuju u pregledu i daju uzorak krvi; i (iv) kavkaskog porijekla. Do kraja regrutacije 2006. godine, osnovni skup podataka CoLausa uključivao je 6538 učesnika (stopa učešća: 34%). Učesnici su prvi put viđeni od 2003. do 2006. godine, a zatim su praćeni od 2009. do 2012., 2014. do 2017. i 2018. do 2021. U sve četiri posjete, učesnici su prisustvovali jutarnjem ljekarskom pregledu u Univerzitetskoj bolnici u Lozani nakon noćnog posta, koji je uključivao uzimanje uzoraka krvi, procjena antropometrijskih karakteristika i popunjavanje detaljnog zdravstvenog upitnika u kojem se ispituju faktori načina života, socioekonomski i bračni status, lična i porodična anamneza bolesti, kao i unos lijekova [39]. Projekat CoLaus uključuje seriju "podstudija" usmjerenih na istraživanje specifičnih zdravstvenih ishoda i izloženosti okolišu (https://www.colaus-psycolaus.ch/).

Slika 1 Genetska arhitektura bolesti: spektar frekvencije alela i veličina efekta. Varijante važnih gena mogu biti uključene u kontinuum između rijetkih i složenih bolesti, prema učestalosti alela rizika u populaciji (x-osa) i jačini veličine efekta (odnos šanse, y-osa). (Ultra)-retki aleli se mogu identifikovati sekvenciranjem sledeće generacije (NGS), dok se uobičajene varijante mogu identifikovati korišćenjem studija asocijacija na nivou genoma (GWAS). Predviđa se da će varijante efekta srednje veličine upotpuniti dihotomiju, manifestirajući se kao nepotpuno penetrantna Mendelova bolest ili oligo/poligeni model koji modificira ekspresiju bolesti. Slika prilagođena od Manolio et al. [34]

Slika 2 Infografika koja rezimira dizajn CoLaus i SKIPOGH populacijskih studija

Švicarski bubrežni projekat o genima u hipertenziji (SKIPOGH) je kohorta zasnovana na porodici i populaciji koja istražuje genetske i okolišne determinante funkcije bubrega i krvnog tlaka. SKIPOGH je multicentrična, longitudinalna studija sa učesnicima regrutovanim u gradu Lozani, te kantonima Ženeva i Bern [46, 49]. Na početku, kvalifikovani subjekti su nasumično odabrani iz populacijske studije CoLaus u Lozani i iz populacijske studije Bus Santé u Ženevi [26]. U Bernu su subjekti nasumično odabrani koristeći kantonalni telefonski imenik. Kriterijumi za uključivanje su bili (i) pismeni informirani pristanak; (ii) najmanje 18 godina starosti; (iii) evropsko porijeklo; i (iv) najmanje jedan, a idealno tri člana porodice prvog stepena koji su voljni da učestvuju u studiji. Stopa učešća bila je 20% u Lozani, 22% u Ženevi i 21% u Bernu. Prvi SKIPOGH talas desio se između 2009. i 2013. godine (osnovna linija: SKIPOGH 1), dok je drugi talas počeo 2012. i završio 2016. godine (nastavak: SKIPOGH 2). SKIP-OGH 1 je uključio 1128 učesnika koji dolaze iz 273 nuklearne porodice. U oba talasa, učesnici studije prisustvovali su jutarnjoj medicinskoj poseti nakon noćnog gladovanja, koja je uključivala uzimanje uzoraka krvi, snimanje bubrega, procenu srca i biobanking. Učesnici su ispunili detaljan upitnik o svojoj istoriji bolesti, uzimanju lijekova, faktorima načina života i socioekonomskim karakteristikama (http://www.skipo gh.ch/index.php/Welcome_to_u{{ 24}}SKIPOGH_studija!).

Procjena relativnog doprinosa genetskih i okolišnih utjecaja na parametre funkcije bubrega i nivoe elektrolita u serumu i urinu je preduvjet za studije koje imaju za cilj identifikaciju gena uključenih u funkciju bubrega. Zahvaljujući primjeni standardiziranog protokola u nekoliko centara, heritabilnost (tj. udio varijanse date osobine objašnjene genetskim efektima) procijenjene brzine glomerularne filtracije (eGFR), kao i koncentracija u serumu i urinu, bubrežni klirens, a frakcijske ekskrecije glavnih elektrolita mogu se analizirati u porodičnoj SKIPOGH kohorti [37]. Uočene su visoke procjene heritabilnosti za GFR procijenjene korištenjem CKD EPI Eq. (46±6%), kreatinin u serumu (49±6%), CKD-EPI cistatin C (58±5%) i serumska urea (49±6%). Heritabilnost serumskih koncentracija bila je najveća za kalcij, 37%, a najniža za natrij, 13%. Sve vrijednosti vjerovatnoće su bile značajne. Ovi rezultati dali su osnovu za dalja istraživanja genetske osnove funkcije bubrega i homeostaze elektrolita u općoj populaciji.

Pored studija heritabilnosti, podaci učesnika SKIPOGH i/ili CoLaus kohorti uključeni su u GWAS koji je identificirao nove lokuse za funkciju bubrega i CKD [70], proizvodnju i izlučivanje uromodulina [29, 40], albuminuriju [58, 59 ], nivoi urata u serumu [61], homeostaza magnezijuma i kalcijuma [6, 7] i osmoregulacija [3].

UMOD varijante u GWAS za funkciju bubrega i CKD

Studije asocijacija na nivou genoma su koristan, nepristrasan alat za otkrivanje genomskih regija („lokusa“) povezanih s parametrima funkcije bubrega i rizikom od CKD. Tipično, GWAS zahtijevaju velike veličine uzoraka, što daje značajnu vrijednost za cijeli genom (P vrijednost<5× 10−8) variants that are common and associated with a relatively small increase in disease risk [69]. The largest GWAS in the field of nephrology addressed traits like the eGFR based on serum creatinine (eGFRcrea) [13, 69, 70]. As discussed above, there is a strong genetic predisposition to CKD, as the heritability of the eGFR is close to 50% [37]. The largest and most recent GWAS for eGFR identifed>250 genetskih lokusa i objasnio skoro 20% te heritabilnosti [70]. Među njima, varijante u UMOD lokusu pokazuju najveću veličinu efekta na eGFR i CKD [70]. Ovaj efekat za koji se smatra da je povezan sa genetski vođenom ekspresijom uromodulina (vidi dole), konzistentan je među različitim etničkim grupama i takođe je primećen za longitudinalne osobine uključujući brzi pad eGFR [23].

UMOD lokus uključuje jednonukleotidne polimorfizme (SNP; npr. rs12917707 i rs4293393) koji su u potpunoj neravnoteži veza (LD) u velikom bloku koji obuhvata promotor gena. Za ove SNP, alel "rizika" je uobičajen alel, sa frekvencijom u rasponu između 0.765 i 0.955 [65]. Kritično je da su varijante promotora UMOD povezane sa ekspresijom uromodulina u bubrezima i njegovim nivoima u urinu i krvi. Zapravo, homozigotni nosioci alela rizika UMOD imaju dvostruko veći nivo uromodulina u urinu, u poređenju sa homozigotnim nosiocima (malog) zaštitnog alela [29, 40, 64]. Najnoviji GWAS za eGFR identifikovao je jak, nezavisni signal unutar PDILT-a, gena koji prati UMOD na hromozomu 16 [70]. Interesantno je da je intronička varijanta PDILT rs77924615 povezana sa nivoima uromodulina u urinu, ali ne i sa ekspresijom PDILT-a, što sugeriše da reguliše ekspresiju uromodulina [70]. Ovu hipotezu podržava nezavisna povezanost rs77924615 sa nivoima uromodulina u urinu u dva meta-GWAS [29, 40]. Moguće veze između ekspresije uromodulina, koja je eksperimentalno potvrđena za UMOD-PDILT varijante, i drugih transkripata u korelaciji sa varijantama na istom lokusu nisu istražene [31].

UMOD lokus je također povezan s hipertenzijom i incidentnim kardiovaskularnim oboljenjima [44], kamenom u bubregu [25] i gihtom/mokraćnom kiselinom [25, 61], jačajući njegovu važnost za niz uobičajenih bolesti. U ovim GWAS, UMOD aleli povezani sa višim nivoom ekspresije/nivoa uromodulina povezani su sa povećanim rizikom od CKD, hipertenzije i hiperurikemije, dok su zaštitni od bubrežnih kamenaca [11, 53].

Biološka važnost UMOD lokusa za CKD

Relevantnost UMOD GWAS lokusa u odnosu na funkciju bubrega je neposredna, jer je UMOD gen specifičan za bubrege koji kodira uromodulin, najzastupljeniji protein koji se eksprimira u bubrezima i izlučuje normalnim urinom [11, 13, 53]. Uromodulin se uglavnom proizvodi u debelom uzlaznom ekstremitetu (TAL) Henleove petlje iu manjoj mjeri (oko 10%) u početnom segmentu distalnog uvijenog tubula (DCT) [63]. Uromodulin je glikozilfosfatidilinozitol (GPI)-usidren protein koji pripada porodici proteina zona pellucida (ZP) domena (slika 3). Protein je jako glikoziliran (30% Mw) i sadrži 48 konzerviranih cisteinskih ostataka uključenih u 24 intramolekularne disulfidne veze neophodne za ispravno savijanje. Uromodulin sadrži četiri domena slična epidermalnog faktora rasta (EGF), domen bogat cisteinom (D8C) i bipartitni ZP domen koji omogućava polimerizaciju proteina. U TAL ćelijama, monomerni uromodulin vezan za apikalno membranu cijepa se serin proteazom hepsinom na konzerviranom mjestu cijepanja koje se nalazi blizu C-terminusa proteina [4, 42]. Cepanje omogućava polimerizaciju ekstracelularnog uromodulina u filamente koji formiraju strukturu nalik matriksu u urinu, glavni sastojak urinarnih gipsa [56]. Nedavno je trodimenzionalna (3D) struktura nativnih uromodulinskih polimera u urinu dobijena krioelektronskom tomografijom, pokazujući kičmu u obliku cik-cak formiranu od polimerizovanih ZP domena i izbočenih krakova sastavljenih od EGF i D8C domena [68]. Mapiranje N-glikozilacije, biofizički testovi i imidžing otkrili su da uromodulin veže adhezin Escherichia coli tip 1 pilus i da se uromodulinski filamenti povezuju sa uropatogenima i posreduju agregaciju bakterija, potencijalno sprečavajući adheziju i potičući uklanjanje patogena [68]. Nedavne studije također bacaju svjetlo na regulaciju izlučivanja uromodulina u urinu, uključujući ulogu koju igraju receptori koji osjećuju kalcij [62] i keratin tipa 1 KRT40 [29], te aktivnost transportnih procesa koji djeluju u TAL [50]. , 54, 62].

Ako je velika većina uromodulina apikalno usmjerena na formiranje organiziranih polimera u urinu, treba napomenuti da se uromodulin također otkriva u monomernom obliku u serumu, na nivoima koji su najmanje 100-puta niži nego u urinu [11, 53]. Mehanizmi koji reguliraju bazolateralnu trgovinu uromodulina i njegovo oslobađanje u intersticij i dalje u cirkulaciju ostaju suštinski nepoznati. Nedavni meta-GWAS cirkulirajućeg uromodulina korištenjem različitih metoda detekcije otkrio je da je missense varijanta (p.Cys466Arg) u uromodulin-glikozilirajućem enzimu B4GALNT2 alel gubitka funkcije koji dovodi do viših nivoa uromodulina u serumu, dok drugi lokusi utječu na glikozilaciju. cirkulirajućeg uromodulina [33]. Trenutni stav je da intersticijski uromodulin može unakrsno razgovarati sa stanicama proksimalnih tubula, doprinoseći regulaciji urođenog imuniteta, dok cirkulirajući uromodulin može djelovati kao antioksidans [53].

Istraživanja na miševima koji su nokautirali uromodulin (Umod−/−) pružila su ključni uvid u ulogu uromodulina i njegovu važnost za različite procese koji djeluju u bubrezima. Detaljan opis ovih uloga dat je u nedavnim recenzijama [11, 53]. Ukratko, uromodulin polimeri u urinu štite od stvaranja kamenca u bubregu i infekcija urinarnog trakta (UTI); uromodulin reguliše transportne sisteme natrijuma u TAL i DCT, čime reguliše krvni pritisak i sposobnost koncentracije urina; stabilizira TRPV5, TRPV6 i TRPM6 kanale, čime se povećava njihova aktivnost u DCT-u. Mala količina uromodulina koja se oslobađa sa bazolateralne strane TAL ćelija u intersticij može regulisati procese u susednim ćelijama proksimalnih tubula i doprineti urođenom odgovoru, npr. regulacijom obilja i aktivnosti rezidentnih mononuklearnih fagocita, ili ući u cirkulaciju i djeluju kao antioksidativni molekuli [53]. Svi ovi procesi su relevantni kada se uzme u obzir početak CKD, tubulointersticijalne povrede i komplikacije koje proizlaze iz zatajenja bubrega.

Slika 3 Mjesto proizvodnje i struktura uromodulina. Uromodulin uglavnom proizvode ćelije koje oblažu debeli uzlazni ekstremitet (TAL), segment koji je uključen u reapsorpciju NaCl i dvovalentnih kationa, a nije propustljiv za vodu. Uromodulin je glikozilfosfatidilinozitol (GPI)-usidren protein koji putuje do apikalne membrane stanica, gdje ga cijepa serin proteaza hepsin i oslobađa u urinu gdje formira velike polimere. Ovi polimeri formiraju matricu urinarnih odljevaka. Predviđena struktura uromodulina sadrži vodeći peptid (L); četiri domena slična EGF-u (I do IV); D8C domena bogata cisteinom; bipartitni C-terminalni domen Zona Pellucida (ZP_N i ZP_C) povezan linkerom; i GPI-sidreno mjesto na poziciji 614. Sedam mjesta N-glikozilacije označeno je trouglovima. Slika prilagođena od Devuyst et al. [11, 12]

The association of uromodulin expression levels with kidney damage was substantiated in a transgenic mouse model overexpressing wild-type uromodulin, mimicking the situation observed in carriers of the risk UMOD haplotype [65]. The transgenic Umod mice displayed a dose-dependent increase in systolic blood pressure, with salt-sensitive hypertension. Although kidney function remained normal, aging kidneys from the Umod transgenic mice showed focal lesions (e.g., tubular casts, cysts) and increased expression of kidney damage markers (e.g., lipocalin-2, Kim-1) and chemokines, that were not detected in the kidneys of control littermates. Similar focal lesions were evidenced in kidney biopsies from individuals aged>65 godina homozigot za rizični UMOD haplotip, u poređenju sa pojedincima homozigotnim za zaštitne varijante [65]. Zajedno, ovi rezultati sugeriraju da, kod subjekata koji nose alele rizika UMOD, genetski vođena veća proizvodnja uromodulina postaje štetna tokom vremena, promovišući nastanak CKD. Štetan efekat veće proizvodnje uromodulina u bubrezima može biti posledica povećane metaboličke potražnje, hronične aktivacije sistema za reapsorpciju soli ili defekata u lumenu distalnog tubula ili u cirkulaciji, objašnjavajući zašto su ovi lokusi povezani sa jakim starenjem. efekat [11, 13]. Treba napomenuti da su varijante rizika za UMOD povezane sa višim nivoima uromodulina takođe povezane sa aktiviranim NKCC2, a time i većim odgovorom na furosemid [65]. U toku je kliničko ispitivanje koje testira potencijalni uticaj ovih UMOD varijanti na odgovor na diuretike petlje kod osoba sa hipertenzijom (Clinical Trials.gov Identifier: NCT03354897).

Služba podrške:

Email:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/tel:+86 15292862950

Prodavnica:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop