UMOD i arhitektura bubrežne bolesti

Sažetak

Identifikacija genetskih čimbenika povezanih s rizikom, pojavom i napredovanjembolest bubregaima potencijal pružiti mehaničke uvide iterapijske perspektive. U manje od dva desetljeća, tehnološki napredak donio je mnoštvo informacija o genetskoj arhitekturikronična bolest bubrega. Spektar genetskog utjecaja kreće se od (ultra) rijetkih varijanti s velikim veličinama učinka, uključenih u Mendelove bolesti, do uobičajenih varijanti, često nekodirajućih i s malim veličinama učinka, koje pridonose poligenskim bolestima. Ovdje pregledavamo paradigmuUMOD, gen koji kodira uromodulin, da ilustrira kako je protein specifičan za bubrege od velike fiziološke važnosti uključen u spektar bubrežnih poremećaja. Ovo novo polje istraživanja ilustrira važnost genetske varijacije u patogenezi iprognoza bolesti, saterapijske implikacije.

KLIKNITE OVDJE DA BISTE ZNALI CISTANCHE ZA LIJEČENJE BUBREŽNIH BOLESTI

S procijenjenom globalnom prevalencijom iznad 10%, velikim individualnim i društvenim opterećenjem i ograničenim terapijskim mogućnostima,kronična bolest bubrega(CKD) je veliki javnozdravstveni problem. Čak iu svojim ranim stadijima, CKD je povezana s višestrukim komplikacijama i nepovoljnim ishodima, te je glavni čimbenik rizika za ubrzanukardiovaskularnih bolestii starenje [15]. Desetljećima je nedostatak mehaničkog razumijevanja višestrukih funkcija koje osigurava bubreg usporavao razvoj farmakoloških intervencija usmjerenih na CKD i s njime povezane komplikacije [10, 32].

Obiteljsko grupiranje bubrežnih poremećaja, visoka nasljednost parametara bubrežne funkcije i varijabilna osjetljivost samooplodnih sojeva životinja na oštećenje bubrega potiču snažne napore da se dešifrira genetska arhitektura bubrežnih bolesti [5, 15, 37, 60]. Prvi genetski pomaci u nefrologiji bili su mapiranje autosomno dominantne policistične bolesti bubrega (ADPKD) 1985. [51] i identifikacija mutacije u COL4A5 koja uzrokuje Alportov sindrom 1990. [1]. Ubrzo je uslijedila identifikacija gena uključenih u klasične glomerularne i tubularne bolesti, uključujući nefrotski sindrom otporan na steroide, nefropatsku cistinozu, Dentovu bolest, Bartterov i Gitelmanov sindrom, nefrogeni dijabetes insipidus i ADPKD [10]. U manje od dva desetljeća, pojava novih tehnologija uključujući sekvenciranje sljedeće generacije (NGS) i genomske studije povezanosti (GWAS) dovela je do identifikacije stotina gena koji uzrokuju nasljedne poremećaje bubrega ili su povezani s metrikom funkcije bubrega i rizikom od CKD-a . S druge strane, ti su uvidi poboljšali naše razumijevanje procesa koji se odvijaju u normalnim i oboljelim segmentima nefrona, pružajući tako nove terapijske ciljeve [10, 60, 67]. Ova su otkrića omogućena zahvaljujući suradničkim studijama koje okupljaju obitelji s rijetkim poremećajima i velike, multietničke kohorte za otkrivanje rijetkih, odnosno uobičajenih genetskih varijanti. U ovom kratkom pregledu upotrijebit 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 dati uvid u arhitekturu CKD-a. . Ove studije uključile su nekoliko švicarskih kohorti, od normalne populacije do rijetkih bolesti, te tehnološki razvoj uz podršku Švicarskog nacionalnog centra za kompetenciju za bubrege. CH.

Spektar učestalosti alela i veličina učinka u bolesti

Nakon što se utvrdi genetski utjecaj na određeni aspekt funkcije bubrega, posebna istraživanja mogu dešifrirati genetsku arhitekturu poremećaja povezanih s tom osobinom. Tri su kriterija važna kada se razmatraju alelne varijante povezane s bolešću: (i) učestalost varijante u populaciji; (ii) veličina učinka varijante na fenotip; i (iii) broj genetskih varijanti koje djeluju na fenotip [52]. Ti su kriteriji klasično predstavljeni na dijagramu X–Y, s prevalencijom genetske varijante na x-osi i veličinom njezine veličine učinka na y-osi (slika 1). Ovaj odnos vizualizira spektar varijacije alela, polazeći od (ultra) rijetkih varijanti (učestalost manjih alela< 1°/00) with large effect size, involved in Mendelian disorders, to common variants (frequency>5%), s malom veličinom učinka uključenom u uobičajene, poligene poremećaje [34]. Ove genetske varijante mogu se identificirati pomoću novih tehnologija uključujući NGS i GWAS. Predviđa se da će varijante s srednjim učinkom, koje nije uhvatio GWAS, ali su podložne pristupima sekvenciranja, biti dio kontinuuma (slika 1). I populacijske studije i skupine rijetkih bolesti bitne su za takvo otkrivanje gena.

SKIPOGH i CoLaus kohorte: studije nasljednosti i GWAS

Dvije švicarske skupine temeljene na populaciji pružile su neprocjenjivu potporu studijama koje su istraživale nasljednost parametara bubrežne funkcije i ulogu varijacija UMOD u CKD (slika 2).

Studija CoLaus ("Cohorte Lausannoise") je longitudinalna, populacijska kohorta pokrenuta 2003. u gradu Lausanne. Sudionici CoLausa nasumično su odabrani s cjelovitog popisa stanovnika Lausanne 2003. [16]. Kriteriji za uključivanje bili su (i) pismeni informirani pristanak; (ii) dob 35-75 godina; (iii) spremnost na sudjelovanje u pregledu i darivanje uzorka krvi; i (iv) kavkasko podrijetlo. Do kraja regrutiranja 2006. godine, osnovni skup podataka CoLausa uključivao je 6538 sudionika (stopa sudjelovanja: 34%). Sudionici su prvi put pregledani od 2003. do 2006., zatim su praćeni od 2009. do 2012., 2014. do 2017. i 2018. do 2021. U sva četiri posjeta sudionici su bili na jutarnjem liječničkom pregledu u Sveučilišnoj bolnici u Lausannei nakon gladovanja preko noći, koji se sastojao od uzimanje uzoraka krvi, procjena antropometrijskih karakteristika i popunjavanje detaljnog zdravstvenog upitnika o čimbenicima načina života, socioekonomskom i bračnom statusu, osobnoj i obiteljskoj povijesti bolesti, kao i uzimanju lijekova [39]. Projekt CoLaus uključuje niz "podstudija" čiji je cilj istraživanje specifičnih ishoda povezanih sa zdravljem i izloženosti okoliša (https://www.colaus-psycolaus.ch/).

Slika 1. Genetska arhitektura bolesti: spektar učestalosti alela i veličina učinka. Varijante u važnim genima mogu biti uključene u kontinuum između rijetkih i složenih bolesti, u skladu s učestalošću alela rizika u populaciji (x-os) i snagom veličine učinka (odds ratio, y-os). (Ultra)rijetki aleli mogu se identificirati sekvenciranjem sljedeće generacije (NGS), dok se uobičajene varijante mogu identificirati pomoću studija asocijacija na cijelom genomu (GWAS). Predviđa se da će varijante učinka srednje veličine dovršiti dihotomiju, manifestirajući se kao nepotpuno penetrantna Mendelova bolest ili oligo/poligenski model koji mijenja ekspresivnost bolesti. Slika prilagođena iz Manolio et al. [34]

Slika 2. Infografika koja sažima dizajn CoLausovih i SKIPOGH populacijskih studija

Švicarski bubrežni projekt o genima u hipertenziji (SKIPOGH) obiteljska je i populacijska kohorta koja istražuje genetske i okolišne determinante bubrežne funkcije i krvnog tlaka. SKIPOGH je multicentrična, longitudinalna studija sa sudionicima regrutiranim u gradu Lausanne i kantonima Ženeva i Bern [46, 49]. Na početku, prihvatljivi subjekti nasumično su odabrani iz populacijske studije CoLaus u Lausannei i iz populacijske studije Bus Santé u Ženevi [26]. U Bernu su ispitanici nasumično odabrani pomoću kantonalnog telefonskog imenika. Kriteriji za uključivanje bili su (i) pismeni informirani pristanak; (ii) najmanje 18 godina starosti; (iii) europsko podrijetlo; i (iv) najmanje jedan, a idealno tri člana obitelji prvog stupnja koji su voljni sudjelovati u istraživanju. Stopa sudjelovanja bila je 20% u Lausannei, 22% u Ženevi i 21% u Bernu. Prvi val SKIPOGH dogodio se između 2009. i 2013. (osnovno: SKIPOGH 1), dok je drugi val započeo 2012. i završio 2016. (nastavak: SKIPOGH 2). SKIP-OGH 1 uključio je 1128 sudionika iz 273 nuklearne obitelji. U oba vala, sudionici studije bili su na jutarnjoj liječničkoj posjeti nakon noćnog gladovanja, što je uključivalo uzorkovanje krvi, snimanje bubrega, procjenu srca i biobankarstvo. Sudionici su ispunili detaljan upitnik o svojoj povijesti bolesti, uzimanju lijekova, čimbenicima načina života i socioekonomskim karakteristikama (http://www.skipo gh.ch/index.php/Welcome_to_the{{ 24}}SKIPOGH_studija!).

Procjena relativnog doprinosa genetskih utjecaja i utjecaja okoliša na parametre funkcije bubrega i razine elektrolita u serumu i urinu preduvjet je za studije čiji je cilj identificiranje gena uključenih u funkciju bubrega. Zahvaljujući primjeni standardiziranog protokola u nekoliko centara, nasljednost (tj. udio varijance dane osobine objašnjen genetskim učincima) procijenjene brzine glomerularne filtracije (eGFR), kao i koncentracije u serumu i urinu, bubrežni klirens, a frakcijsko izlučivanje glavnih elektrolita moglo bi se analizirati u obiteljskoj kohorti SKIPOGH [37]. Uočene su visoke procjene nasljednosti za GFR procijenjenu pomoću CKD EPI jednadžbe. (46±6%), serumski kreatinin (49±6%), CKD-EPI cistatin C (58±5%) i serumska urea (49±6%). Nasljednost koncentracije u serumu bila je najveća za kalcij, 37%, a najmanja za natrij, 13%. Sve vrijednosti vjerojatnosti bile su značajne. Ovi rezultati dali su osnovu za daljnja istraživanja genetske osnove funkcije bubrega i homeostaze elektrolita u općoj populaciji.

Uz studije nasljednosti, podaci sudionika 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 ], razine urata u serumu [61], homeostaze magnezija i kalcija [6, 7] i osmoregulacije [3].

UMOD varijante u GWAS-u za funkciju bubrega i CKD

Studije povezanosti na cijelom genomu koristan su, nepristran alat za otkrivanje genomskih regija ("lokusa") povezanih s parametrima bubrežne funkcije i rizikom od KBB-a. Tipično, GWAS zahtijeva velike veličine uzorka, dajući značajnu (P vrijednost) za cijeli genom<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 gotovo 20% te nasljednosti [70]. Među njima, varijante u UMOD lokusu pokazuju najveću veličinu učinka na eGFR i CKD [70]. Ovaj učinak za koji se smatra da je povezan s genetski uvjetovanom ekspresijom uromodulina (vidi dolje), dosljedan je u različitim etničkim skupinama, a također je opažen za longitudinalna svojstva uključujući brzi pad eGFR [23].

UMOD lokus uključuje polimorfizme jednog nukleotida (SNP; npr. rs12917707 i rs4293393) koji su u potpunoj neravnoteži povezivanja (LD) u velikom bloku koji obuhvaća promotor gena. Za te SNP-ove, alel "rizika" je uobičajeni alel, s frekvencijom u rasponu između 0.765 i 0.955 [65]. Kritično, varijante promotora UMOD povezane su s ekspresijom uromodulina u bubrezima i njegovim razinama u urinu i krvi. Zapravo, homozigotni nositelji rizičnog alela UMOD imaju dvostruko više razine uromodulina u urinu, u usporedbi s homozigotnim nositeljima (sporednog) zaštitnog alela [29, 40, 64]. Najnoviji GWAS za eGFR identificirao je snažan, neovisni signal unutar PDILT-a, gena koji prati UMOD na kromosomu 16 [70]. Zanimljivo je da je intronska varijanta PDILT-a rs77924615 povezana s razinama uromodulina u urinu, ali ne i s ekspresijom PDILT-a, što sugerira da regulira ekspresiju uromodulina [70]. Ovu hipotezu podupire neovisna povezanost rs77924615 s razinama uromodulina u mokraći u dva meta-GWAS [29, 40]. Moguće veze između ekspresije uromodulina, koja je eksperimentalno potvrđena za varijante UMOD-PDILT, i drugih transkripata povezanih s varijantama u istom lokusu nisu istražene [31].

UMOD lokus je također povezan s hipertenzijom i incidentnim kardiovaskularnim bolestima [44], bubrežnim kamencima [25] i gihtom/mokraćnom kiselinom [25, 61], pojačavajući njegovu važnost za skup uobičajenih bolesti. U tim GWAS, UMOD aleli povezani s višim izlučivanjem/razinama uromodulina povezani su s povećanim rizikom od kronične bubrežne bolesti, hipertenzije i hiperurikemije, dok su zaštitni protiv bubrežnih kamenaca [11, 53].

Biološka relevantnost UMOD lokusa za CKD

Važnost UMOD GWAS lokusa u odnosu na funkciju bubrega je neposredna, budući da je UMOD gen specifičan za bubrege koji kodira uromodulin, najobilniji protein koji se eksprimira u bubrezima i izlučuje u normalnom urinu [11, 13, 53]. Uromodulin uglavnom proizvodi debeli uzlazni dio (TAL) Henleove petlje i, u manjoj mjeri (oko 10%) u početnom segmentu distalnog zavijenog tubula (DCT) [63]. Uromodulin je protein vezan za glikozilfosfatidilinozitol (GPI) koji pripada obitelji proteina domene zona pellucida (ZP) (slika 3). Protein je jako glikoziliran (30% Mw) i sadrži 48 konzerviranih cisteinskih ostataka uključenih u 24 intramolekularne disulfidne veze potrebne za ispravno savijanje. Uromodulin sadrži četiri domene slične epidermalnom faktoru rasta (EGF), domenu bogatu cisteinom (D8C) i bipartitnu ZP domenu koja omogućuje polimerizaciju proteina. U TAL stanicama, monomerni uromodulin vezan na apikalnu membranu cijepa serin proteaza hepsin na očuvanom mjestu cijepanja koje se nalazi blizu C-kraja proteina [4, 42]. Cijepanje omogućuje polimerizaciju izvanstaničnog uromodulina u filamente koji tvore strukturu sličnu matriksu u urinu, glavnom sastojku urinarnih odljevaka [56]. Nedavno je trodimenzionalna (3D) struktura nativnih polimera uromodulina u urinu dobivena krioelektronskom tomografijom, pokazujući okosnicu u obliku cik-cak formiranu od polimeriziranih ZP domena i izbočenih krakova sastavljenih od EGF i D8C domena [68]. Mapiranje N-glikozilacije, biofizička ispitivanja i snimanje otkrili su da uromodulin veže adhezin pilusa Escherichia coli tipa 1 i da se filamenti uromodulina povezuju s uropatogenima i posreduju u agregaciji bakterija, potencijalno sprječavajući adheziju i potičući uklanjanje patogena [68]. Nedavne studije također su rasvijetlile regulaciju izlučivanja uromodulina u urinu, uključujući ulogu koju imaju receptori za osjet kalcija [62] i tip 1 keratina KRT40 [29], te aktivnost transportnih procesa koji djeluju u TAL [50]. , 54, 62].

Ako je velika većina uromodulina apikalno usmjerena na stvaranje organiziranih polimera u urinu, treba napomenuti da se uromodulin također otkriva u monomernom obliku u serumu, na razinama koje su barem 100-puta niže nego u urinu [11, 53]. Mehanizmi koji reguliraju bazolateralni promet uromodulina i njegovo otpuštanje u intersticij i dalje u cirkulaciju ostaju uglavnom nepoznati. Nedavni meta-GWAS cirkulirajućeg uromodulina korištenjem različitih metoda detekcije otkrio je da je missense varijanta (p.Cys466Arg) u enzimu za glikoziliranje uromodulina B4GALNT2 alel gubitka funkcije koji dovodi do viših razina uromodulina u serumu, dok drugi lokusi utječu na glikozilaciju cirkulirajućeg uromodulina [33]. Trenutno stajalište je da intersticijski uromodulin može komunicirati sa stanicama proksimalnih tubula, pridonoseći reguliranju urođenog imuniteta, dok cirkulirajući uromodulin može djelovati kao antioksidans [53].

Studije na miševima s nokautom uromodulina (Umod−/−) pružile su ključne uvide u uloge uromodulina i njegovu važnost za različite procese koji se odvijaju u bubrezima. Detaljan opis ovih uloga dan je u nedavnim pregledima [11, 53]. Ukratko, polimeri uromodulina u urinu štite od stvaranja bubrežnih kamenaca i infekcija mokraćnog sustava (UTI); uromodulin regulira transportne sustave natrija u TAL i DCT, čime se regulira krvni tlak i sposobnost koncentracije urina; stabilizira kanale TRPV5, TRPV6 i TRPM6, čime se povećava njihova aktivnost u DCT-u. Mala količina uromodulina otpuštena s bazolateralne strane TAL stanica u intersticij može regulirati procese u susjednim stanicama proksimalnih tubula i pridonijeti urođenom odgovoru, npr. reguliranjem količine i aktivnosti rezidentnih mononuklearnih fagocita, ili ući u cirkulaciju i djeluju kao antioksidativna molekula [53]. Svi ovi procesi su relevantni kada se razmatra početak CKD, tubulointersticijska ozljeda i komplikacije koje proizlaze iz zatajenja bubrega.

Slika 3. Mjesto proizvodnje i struktura uromodulina. Uromodulin uglavnom proizvode stanice koje oblažu debeli uzlazni krak (TAL), segment koji je uključen u reapsorpciju NaCl i dvovalentnih kationa, dok nije propustan za vodu. Uromodulin je protein vezan za glikozilfosfatidilinozitol (GPI) koji prometuje do apikalne membrane stanica, gdje ga cijepa serin proteaza hepsin i otpušta u urinu gdje tvori velike polimere. Ovi polimeri čine matricu urinarnih odljevaka. Predviđena struktura uromodulina sadrži vodeći peptid (L); četiri domene slične EGF-u (I do IV); D8C domena bogata cisteinom; bipartitna C-terminalna domena Zona Pellucida (ZP_N i ZP_C) povezana veznikom; i GPI-sidreno mjesto na položaju 614. Sedam N-glikozilacijskih mjesta označeno je trokutićima. Slika prilagođena iz 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 usporedbi s pojedincima homozigotom za zaštitne varijante [65]. Zajedno, ovi rezultati sugeriraju da, kod subjekata koji nose alele rizika UMOD, genetski uvjetovana veća proizvodnja uromodulina s vremenom postaje štetna, potičući nastanak KBB-a. Štetni učinak veće proizvodnje uromodulina u bubrezima mogao bi biti posljedica povećane metaboličke potražnje, kronične aktivacije sustava reapsorpcije soli ili defekata u lumenu distalnog tubula ili u cirkulaciji, što objašnjava zašto su ovi lokusi povezani s jakom starošću. učinak [11, 13]. Valja napomenuti da su varijante rizika UMOD povezane s višim razinama uromodulina također povezane s aktiviranim NKCC2, a time i višim odgovorom na furosemid [65]. U tijeku je kliničko ispitivanje potencijalnog utjecaja ovih varijanti UMOD-a na odgovor na diuretike petlje kod osoba s hipertenzijom (Clinical Trials.gov Identifier: NCT03354897).

Služba podrške:

E-pošta:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/telefon:+86 15292862950

Dućan:

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