Cistanche Research: Farmakologické epigenetické modulátory alkalickej fosfatázy pri chronickom ochorení obličiek, časť 2

KlikniteTupre časť 1

EPIGENETICKÁ REGULÁCIAALKALICKÝ FOSFÁT

Termín epigenotyp zaviedol v roku 1942 Waddington, ktorý dospel k záveru, že medzi genotypom a fenotypom leží celý komplex vývojových procesov“[84]. Moderná definíciaepigenetikazahŕňa modifikácie DNA a pridružených proteínov, ktoré nezahŕňajú zmeny základnej sekvencie DNA, ktoré sú ovplyvnené prostredím a udržiavané počas delenia buniek, ktoré spôsobujú stabilné zmeny v génovej expresii [85•]. Hlavnýepigenetickéfaktormi sú metylácia DNA, posttranslačné zmeny histónov a štruktúra chromatínu vyššieho rádu. Posttranslačné modifikácie histónov ovplyvňujú štruktúru chromatínu, dostupnosť a nábor transkripčných mechanizmov, ktoré určujú, či sú gény zapnuté alebo vypnuté. Tieto dynamické modifikácie organizujú bunkové reakcie na environmentálne, vývojové alebo metabolické stimuly prostredníctvom modifikácie transkriptómu. všakepigenetikamôže byť základom dysregulovanej génovej expresie pri chorobných stavoch vrátane rakoviny [86] a patologických zápalových procesov [87]. Enzýmy alebo proteíny, ktoré vytvárajú alebo interagujú sepigenetickézmeny možno klasifikovať ako zapisovače, mazače alebo čítačky v závislosti od toho, či pridávajú, odstraňujú alebo rozpoznávajú posttranslačnú modifikáciu (obr. 3).

OBRÁZOK 3. Chromatín sa skladá z DNA a proteínov, ktoré vytvárajú kompaktnú štruktúru kritickú pre balenie a stabilitu eukaryotických chromozómov. Primárnymi proteínovými zložkami sú históny, okolo ktorých je navinutá DNA, aby vytvorila nukleozóm.Epigenetikazahŕňa kovalentné modifikácie chromatínu, ktoré neovplyvňujú základnú sekvenciu DNA. Kovalentné modifikácie chromatínu ovplyvňujú štruktúru chromatínu aj nábor transkripčných komplexov, ktoré v skutočnosti zapínajú alebo vypínajú gény. Tieto dynamickéepigenetickémodifikácie sa uskutočňujú pridaním (zápisom) a odstránením (vymazaním) posttranslačných modifikácií, po ktorých nasleduje „čítanie“, ktoré určuje génovú expresiu a prípadnú fenotypovú odpoveď.

Acetylácia histónov

Acetylácia histónov je spojená s otvorenou štruktúrou chromatínu, dostupnosťou pre väzbu transkripčného faktora a aktívnou transkripciou [88••]. Histón acetylačných vplyvovalkalickýexpresia fosfatázy. Inhibítory histónovej deacetylázy (HDACi) zvyšujú acetyláciu chromatínu. In vitro, HDACi-indukovaná expresiaalkalickýfosfatázy-L podporoval osteogénnu diferenciáciu ľudských mezenchymálnych kmeňových buniek [89]. Mechanicky bola acetylácia histónov spojená s reguláciou kostných morfogenetických proteínov, signalizáciou WNT a indukciou RUNX2 [90]. Či acetylácia priamo ovplyvňuje promótoryalkalickýfosfatázy-L expresia je oblasťou prebiehajúceho výskumu.

Štúdie metylácie DNA preukázali, žealkalickýfosfatázy-L promótor A1E je vysoko metylovaný [91]. Delgado-Calle a kol. [92] preukázali, že metylácia DNA má dôležitú úlohu pri moduláciialkalickýfosfatázyexpresiu v ľudských bunkách podobných osteoblastom. Ukázali inverzný vzťah medzi stavom metylácie CpG ostrova siahajúceho od -579 do þ836 bpalkalickýfosfatázygén vrátane promótorovej oblasti, čo znamená, žeepigenetickéregulácia demetyláciou DNA silne zosilňujealkalickýfosfatázyexpresia a aktivita [92]. Vo VSMC nanokryštály fosfátu aj hydroxyapatitu modulujú metyláciu DNA, čo má za následok zvýšenú aktivitu alkalickej fosfatázy a indukciu fenotypu podobného osteoblastom [93,94]

Cistanche sa môže vyhnúť chronickému ochoreniu obličiek.

mikroRNA

Dlhé nekódujúce RNA amikroRNAsú tiež kľúčovéepigenetickéfaktory, ktoré sa podieľajú na posttranskripčnej génovej regulácii [77,95•]. ThemikroRNAsú malé nekódujúce jednovláknové molekuly RNA, približne 18–25 nukleotidov, ktoré inhibujú syntézu proteínov väzbou na 30- netranslatovanú oblasť mRNA, aby blokovali transláciu proteínu a/alebo modulovali stabilitu mRNA. Prostredníctvom výpočtových predpovedí sa odhadlo, že viac ako 50 percent všetkých génov kódujúcich ľudský proteín je potenciálne regulovanýchmikroRNA[96]. Regulácia kostímikroRNAhrajú kľúčovú úlohu v osteogénnej diferenciácii a signálnych dráhach zapojených do osteogenézy [77,95•,97,98]. Kľúčové transkripčné faktory Runx2 a Osx sú downregulované mnohýmimikroRNAv pluripotentných mezenchymálnych bunkách na potlačenie kostného fenotypu v nonoseóznych bunkách a tkanivách [77,99].

NiektorímikroRNAZistilo sa, že potláčajú a podporujú odlišné signálne dráhy súvisiace s osteogénnou diferenciáciou [95•,100•]. Znížená expresia mRNA pre kolagén I,alkalickýfosfatázya osteokalcín sa našiel pri nadmernej expresii miR- 375, čo naznačuje, že miR-375 môže potlačiť osteogénnu diferenciáciu zacielením na Runx2 [101]. Uvádza sa tiež, že nadmerná expresia miR-133a-5p inhibujealkalickýfosfatázyexpresia a mineralizácia prostredníctvom cielenia na Runx2 [102]. Li a spol. [103] preukázali, že miR-216a podporuje diferenciáciu osteoblastov a zvyšuje tvorbu kostí.

ZACIELENIE FARMAKOLOGICKÝCH EPIGENETICKÝCH INTERVENCIÍALKALICKÝ FOSFÁT

mikroRNA

Vzhľadom na všadeprítomnú expresiu alkalickej fosfatázy, jej ústrednú úlohu pri biomineralizácii a vysoký výskytvaskulárna kalcifikáciau pacientov schronickýobličkychoroba, je rozumné preskúmať farmakologickéepigenetickémodulácia alkalickej fosfatázy ako potenciálne terapeutické opatrenie zamerané na prevenciu kardiovaskulárnych komplikácií vchronickýobličkychoroba[9&]. Nedávne dôkazy tomu nasvedčujúmikroRNAsú deregulované vchronickýobličkychoroba– poruchy minerálov a kostí [104]. Experimentálne štúdie podporujú myšlienku, žemikroRNAsú potenciálne ciele na zlepšenievaskulárna kalcifikácia[100&]. Podľa verzie miRBázy 22, sekvencie 2656 zrelých ľudímikroRNAboli doteraz katalogizované [105]. Preto je náročnou úlohou zahrnúť väčšinu z nichmikroRNAktoré sa v priebehu rokov skúmali v tomto prehľade. Nedávne údaje však ukazujú, že fosfátom indukovaná kalcifikácia aorty spúšťa moduláciu miRNA zvýšením regulácie miR-200c, miR{2}} a miR-322, zatiaľ čo miR-708 a miR{{ 5}} boli znížené [106& ]. InémikroRNAktoré sú zapojené dovaskulárna kalcifikácia, teda potenciálne ciele liečby sú miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 a miR-762 [107]. Väčšina z týchto mikroRNA sa zameriava na dva hlavné transkripčné faktory Runx2 a Osx, ktoré ovplyvňujú aktivitu a biomineralizáciu TN-alkalickej fosfatázy. nepochybne,mikroRNAmajú kľúčovú úlohu pri regulácii progresievaskulárna kalcifikácia; avšak vysoká abundanciamikroRNAsi vyžaduje rozsiahle rozsiahle štúdie o celom epigenóme, aby sa plne využil potenciálepigenetickéregulácia podľamikroRNAza nové terapeutické prístupy na zlepšenievaskulárna kalcifikácia.

Brómoména a extra terminálna inhibícia Bromodoména a extra terminálne (BET) proteíny BRD2, BRD3, BRD4 a BRDT sú čítačky chromatínu, ktoré nielen viažu acetylovaný lyzín na histónové chvosty a transkripčné faktory prostredníctvom brómdomény 1 a 2, ale tiež získavajú transkripčný mechanizmus na reguláciu génovej expresie [108]. BET inhibítory (BETi) blokujú interakciu BET proteínov s acetylovanými histónmi alebo transkripčnými faktormi s cieľom ovplyvniť expresiu cieľových génov [88•].Apabetaloneje perorálne dostupný BETi v klinickom vývoji na liečbukardiovaskulárne choroba. Prednostne sa viaže na brómdoménu 2 v proteínoch BET (obr. 4), čo ho odlišuje od pan-BETi, ktorý sa zameriava na bromodomény 1 a 2 s rovnakou afinitou [109]. V klinických štúdiách,apabetaloneliečba znížila hlavné nežiaduce srdcové príhody (MACE) u pacientov skardiovaskulárnechorobaa bolo spojené so 44-percentným znížením relatívneho rizika nad rámec štandardnej starostlivosti [110•]. Zníženie MACE samotnou abecedou bolo spojené so znížením sérovej alkalickej fosfatázy, nezávisle od tradičných kardiovaskulárnych rizikových faktorov a zápalu [111•]. Štúdie ukázali, že tento liek súčasne moduluje faktory, ktoré podporujú stabilizáciu aterosklerotického plátu a redukciu MACE. HDL cholesterol sa zvýšil [110•,112], zatiaľ čo kaskáda komplementu, reakcia akútnej fázy a mediátory vaskulárneho zápalu boli potlačené [113,114].

OBRÁZOK 4. Acetylácia chromatínu je epigenetická modifikácia spojená s otvorenou štruktúrou chromatínu a aktívnou transkripciou. Bromodoména a extraterminálne proteíny sú „čítačky chromatínu“, ktoré viažu acetylovaný lyzín na históny alebo transkripčné faktory prostredníctvom dvoch tandemových bromodomén 1 a 2 a získavajú transkripčný mechanizmus (napr. pozitívny transkripčný elongačný faktor a RNA polymerázu II) na riadenie expresie bromodomény a extra terminálnej citlivosti génov.Apabetaloneje perorálne dostupný nízkomolekulový inhibítor bromodomény a extraterminálnych bromodomén, ktorý spôsobuje uvoľňovanie bromodomény a extraterminálneho proteínu z chromatínu a v dôsledku toho downreguláciu bromodomény a extraterminálnej senzitívnej génovej transkripcie.Apabetaloneprednostne sa zameriava na brómdoménu 2 (reprezentovanú žltým halogénom), čo je vlastnosť, ktorá ho odlišuje od pan-brómdomény a extra terminálnych inhibítorov, ktoré viažu brómdomény 1 a 2 s rovnakou afinitou.

Inchronickýobličkychorobapacientov s anamnézoukardiovaskulárnechoroba, liečba samotnou abecedou sa zlepšilafunkcie obličieka znížené hladiny alkalickej fosfatázy v obehu [115]. mechanicky,apabetaloneznížená reguláciaalkalickýfosfatázyexpresiu v primárnych ľudských hepatocytoch a VSMC [116•] a v dôsledku toho znížili hladiny proteínu TN-alkalickej fosfatázy a enzymatickú aktivitu. Inhibítory s malými molekulamialkalickýfosfatázyboli hodnotené ako liečivo prevaskulárna kalcifikácia[14] všakapabetalonemôže byť prvou molekulou v klinickom štádiu, ktorá sa modifikujealkalickýfosfatázyvýroby. In vitro,apabetaloneproti kalcifikácii VSMC kultivovaných v osteogénnych podmienkach prostredníctvom anepigenetickémechanizmus zahŕňajúci BRD4, ktorý potláča indukciu prokalcifikačných génov, vrátane RUNX2 a alkalickýchfosfatázy[116& ].

Jednorazová dávkaapabetalonevchronický obličkychorobapacienti v štádiu 4–5 rýchlo viedli k zníženiu množstva zápalových cytokínov, vrátane IL-6 [2]. V tej istej štúdii proteomické profilovanie viac ako 1300 plazmatických proteínov predpovedalo aktiváciu niekoľkých imunitných a zápalových dráh u pacientov s poruchouobličkyfunkciuvrátane signalizácie nukleárneho faktora-kB (NF-kB), IL-6 alebo kostného morfogenetického proteínu. Tieto kanonické dráhy boli znížené jednou dávkou apabetalónu, čo by priaznivo ovplyvnilo progresiu poruchy funkcie obličiek a súvisiacevaskulárna kalcifikácia.

Cistanche sa môže zlepšiťfunkcie obličiek.

Bromodoména a extra terminálna inhibícia pri metabolických poruchách kostí: implikácia pre renálnu osteodystrofiu

Odlišné predklinické modely metabolických ochorení kostí ukázali, že BETi neznižuje kostnú štruktúru alebo mechanické vlastnosti a môže namiesto toho zvýšiť objem kosti a obnoviť mechanickú pevnosť [117–120]. Tieto štúdie ukazujú, že priaznivé účinky BETi na poruchy kostí pramenia z protizápalových účinkov, ako ajepigenetickémodulácia kľúčových faktorov pri remodelácii kostí, vrátane TN-alkalickýfosfatázy. N-metylpyrolidón (NMP) je liečivá pomocná látka schválená US Food and Drug Administration identifikovaná ako bioaktívna BETi [121]. Štúdie s NMP na predklinických modeloch kostnej degenerácie umiestnili BETi ako farmakologickú stratégiu na prevenciu alebo liečbu kostných ochorení charakterizovaných nadmernou kostnou resorpciou. Početné štúdie preukázali, že BETi potláča zápalové reakcie sprostredkované TNFa a NF-kB [3,122–124]. NMP podporoval rast mineralizovanej kosti, ktorá bola blokovaná TNFa, a obnovila TNFa-inhibovanú expresiu esenciálnych osteoblastických génov, vrátanealkalickýfosfatázy, RUNX2 a SP7/Osterix [125]. Okrem toho NMP podporoval regeneráciu kostí zvýšením signalizácie BMP2 v osteoblastoch [126] a inhiboval diferenciáciu osteoklastov, aby sa zoslabila kostná resorpcia indukovaná aktivátorom receptora NF-kB ligandu [127]. Ukázalo sa, že NMP zvyšuje životaschopnosť osteoblastov počas hypoxie a pôsobí proti hypoxiou sprostredkovanej downregulácii kľúčových génov zapojených do mineralizácie, vrátanealkalickýfosfatázy[128]. Mechanicky bola liečba NMP protektívna pri udržiavaní diferenciácie osteoblastov počas hypoxie čiastočne inhibíciou signalizácie NF-kB. NMP zachovala kostnú minerálnu hustotu a kvalitu kostí u potkanov po ovariektómii [121], čo v podstate zlepšilo osteoporózu vyvolanú depléciou estrogénu. Výsledky boli overené v podobných štúdiách s použitím N,N-dimetylacetamidu [127] alebo účinnejšieho BETi JQ1, kde liečba zvrátila stratu kostnej hmoty vyvolanú nedostatkom estrogénu [117]. Tieto údaje naznačujú, že terapia BETi môže zvýšiť kostnú hmotu a zlepšiť kostný obrat pri zápalových poruchách kostí a potenciálne prichronickýobličkychoroba.

ZÁVER

Cirkulujúca alkalická fosfatáza je robustný a nezávislý marker rizikakardiovaskulárnechorobaa úmrtnosť vo všeobecnej populácii achronickýobličkychoroba. Všadeprítomná expresia alkalickej fosfatázy a jej zapojenie do niekoľkých patofyziologických procesov spojených skardiovaskulárnechoroba, ochorenie kostí,chronickýobličkychorobaprogresie a kognitívnej dysfunkcie ju robí vhodnou pre multifaktoriálnuepigenetickézásahov. Pozitívne výsledky z klinických štúdií s novým BETiapabetaloneimplikujú úlohu alkalickej fosfatázy ako možného nového cieľa kardiovaskulárnej liečby. Experimentálne štúdie s dodatočným BET je amikroRNAnaznačujú širší terapeutický potenciál preepigenetickémodulácia alkalickej fosfatázy. Je potrebný ďalší výskum, aby sa definitívne stanovila alkalická fosfatáza ako cieľová hladina klinickej liečby a aby sa objasnil účinok zníženia sérovej alkalickej fosfatázy smerom k špecifickým cieľovým hladinám na klinické výsledky.

Poďakovanie

PM je podporovaný z grantov ALF Región O¨stergo¨tland, Švédsko. KK-Z. je podporovaná grantmi NIDDK R01- DK095668 a K24-DK091419, ako aj filantropickými grantmi od pánov Harolda Simmonsa, Louisa Changa, Dr. Josepha Lee a AVEO.

Finančná podpora a sponzorstvo

žiadne.

Konflikt záujmov

MH je členom renálneho klinického poradného výboru spoločnosti Resverlogix Inc. a zamestnancom Diaverum Sweden, AB. Získal poradenstvo a honoráre rečníka od spoločností Resverlogix a Amgen. DG a EK sú zamestnancami spoločnosti Resverlogix. KK-Z. je členom renálneho klinického poradného zboru spoločnosti Resverlogix. PM nemá v súvislosti s týmto článkom žiadny konflikt záujmov.

REFERENCIE A ODPORÚČANÉ ČÍTANIE

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Chronické ochorenie obličiek: klinický model predčasného starnutia. Am J Kidney Dis 2013; 62:339-351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM, et al.Chronické ochorenie obličieka predčasné starnutie. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732–742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C, a kol. Prínos zapabetalonena plazmatické bielkoviny pri ochorení obličiek. Kidney Int Rep 2018; 3:711–721.

4. Millan J. Cicavecalkalický fosfát: od biológie po aplikácie v medicíne a biotechnológii. Weinheim: Wiley; 2006.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Multisystémové funkciealkalické fosfatázy. Methods Mol Biol 2013; 1053:27–51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Kvantifikácia rozpustných a skeletovýchalkalický fosfáta nerozpustnéalkalický fosfátaktivity kotvovej hydrolázy v ľudskom sére. Clin Chim Acta 2001; 311:137-148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. Kostrovéalkalický fosfátAktivita sa primárne uvoľňuje z ľudských osteoblastov v nerozpustnej forme a čisté uvoľňovanie je inhibované vápnikom a rastovými faktormi kostry. Calcif Tissue Int 1998; 62:332-340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Rôzne rozloženie ľudskej kostialkalický fosfátizoformy v sére a extraktoch kostného tkaniva. Clin Chim Acta 2002; 325:59–70.