Kontakt:{0}}

Hongbing Liu1

Prijaté: 17. novembra 2019 / Prijaté: 10. novembra 2020 / Zverejnené online: 4. januára 2021

©Autori 2020

Cistanche môže zlepšiť funkciu obličiek

Abstraktné

Históndeacetylázy (HDAC) sú dôležité epigenetické regulátory, ktoré sprostredkovávajú deacetyláciu histónových aj nehistónových proteínov. HDAC, najmä HDAC triedy I, sú vysoko exprimované vo vývojiobličkya podlieha vývojovej kontrole. HDAC hrajú dôležitú úlohu vobličkytvorba, najmä udržiavanie a diferenciácia progenitorov nefrónov. Niekoľko línií dôkazov podporuje kritickú úlohu HDAC pri vývoji a progresii rôznychobličkychoroby. Inhibítory HDAC (HDACis) sú veľmi účinné pri prevencii a liečbe ochorení obličiek (vrátaneobličkyrakovina). Lepšie pochopenie molekulárnych mechanizmov, ktoré sú základom úlohy (úloh) HDAC v patogenéze a progresii ochorenia obličiek, pravdepodobne veľmi pomôže pri vývoji účinnejších a menej toxických selektívnych inhibítorov HDAC a kombinačných terapeutík.

Kľúčové slová: Históndeacetylázy · Inhibítory históndeacetylázy · Ochorenie obličiek · Rakovina obličiek

Úvod

Epigenetika sa týka štúdia dedičných zmien v génovej expresii a regulácii nezávisle od sekvencie DNA. V posledných rokoch sme boli svedkami rastúceho povedomia o kritickej úlohe epigenetických mechanizmov v zdraví a chorobe [1]. Počas vývoja sú v chromatíne nastavené epigenetické modifikácie, ako je metylácia DNA, acetylácia histónu a metylácia histónu, aby sa určilo programovanie genómu v konkrétnej bunke zmenou štruktúry chromatínu a tým aj dostupnosti DNA pre transkripčný mechanizmus. Poruchy týchto epigenetických modifikácií v dôsledku expozície životného prostredia (napr. strava, toxíny, lieky, vírusové infekcie) môžu viesť k dysregulácii funkcie génu bez zmeny samotnej sekvencie DNA [1–3]. Keďže epigenetické abnormality závisia od súhry medzi génmi a prostredím, sú často fenotypovo variabilné, čo dobre zodpovedá širokému fenotypovému spektru vrodených anomáliíobličkya močových ciest (CAKUT) a iné ochorenie obličiek [4–9]. preto

* Hongbing Liu

hliu8@tulane.edu

Klinika pediatrie a Centrum excelentnosti Tulane pre hypertenziu a obličky, Lekárska fakulta Tulane University, SL-37, 1430 Tulane Avenue, New Orleans,

LA 70112, USA

Pochopenie epigenetického základu vývoja obličiek môže poskytnúť nový pohľad na patologické mechanizmy obličiek a dúfajme, že otvorí nové cesty na liečbu alebo prevenciu CAKUT prostredníctvom farmaceutických činidiel, ktoré sa zameriavajú na epigenetické modifikátory. Takéto epigenetické lieky sa už klinicky používajú alebo sa skúmajú na liečbu rakoviny, ako aj iných chorôb [10].

Acetylácia histónov vedie ku kovalentnej adícii acetylovej skupiny na lyzín. Takéto pridanie vedie k lokálnemu otvorenému chromatínu, známke aktívnej transkripcie, neutralizáciou čistého pozitívneho náboja histónového chvosta a znížením jeho väzby na negatívne nabitú DNA. Na rozdiel od toho deacetylované históny silne interagujú s DNA a vedú k lokálnemu blízkemu chromatínu, čo je znak neaktívnej transkripcie. Diferenciálna acetylácia promótorových a zosilňovačových histónov hrá veľmi dôležitú regulačnú úlohu vo vývojových procesoch, bunkovej proliferácii a diferenciácii. Aberantná acetylácia alebo deacetylácia vedie k rôznym poruchám, ako je leukémia, epiteliálne karcinómy, syndróm fragilného X a Rubinstein-Taybiho syndróm [11]. Históndeacetylázy (HDAC) sú veľkou rodinou evolučne konzervovaných enzýmov, ktoré katalyzujú odstránenie acetylových skupín z histónových koncov. Proti účinku HDAC pôsobia histónacetyltransferázy (HAT), ktoré acetylujú histónové konce. Doteraz bolo identifikovaných 18 cicavčích HDAC. Podľa fylogenetických analýz a ich funkcií sú HDAC rozdelené do štyroch tried: trieda 1 (Hdac1-3 a 8), trieda II (Hdac4-7,9–10), trieda III (Sir2/ Sirt 1–7) a trieda IV (Hdac11). Triedy I, II a IV vyžadujú zinok pre svoju katalytickú aktivitu, zatiaľ čo členovia triedy III sa spoliehajú na aktivitu NAD. Spomedzi nich boli HDAC triedy I rozsiahle študované a charakterizované. Vzhľadom na to, že acetylácia histónov je bežne spojená s aktívnou transkripciou, HDAC boli pôvodne považované za všeobecné transkripčné korepresory. Neskôr sa však ukázalo, že HDAC regulujú génovú expresiu vysoko selektívnym spôsobom a vykazujú represívne aj aktivačné účinky [12]. Kvôli nedostatku vnútorných väzbových aktivít DNA nemôžu HDAC pôsobiť samostatne pre svoje funkcie v rôznych základných biologických procesoch [12].

Ukázalo sa, že HDAC môžu okrem histónov pôsobiť na množstvo substrátov. Je ťažké určiť histónovú substrátovú špecifickosť rôznych HDAC. Hlavným dôvodom je, že mnohé purifikované HDAC majú veľmi nízku deacetylačnú aktivitu a funkčnú redundanciu rôznych HDAC [13]. Strata alebo knockdown jedného člena HDAC nemusí stačiť na zmenu celkovej acetylácie histónov. Okrem toho sú HDAC prijímané do cieľových génov prostredníctvom asociácie s transkripčnými komplexmi (napr. komplex Sin3, komplex NuRD a komplex Co-REST) ​​[14]. Špecifickosť HDAC v génovej regulácii teda závisí od partnerských proteínov, ktoré asociujú v rámci rôznych typov buniek. Hoci traja členovia triedy I HDAC (HDAC1, HDAC2 a HDAC3) vo všeobecnosti zdieľajú podobné sekvenčné vlastnosti, niektoré štúdie ukázali, že HDAC3 (a možno všetky HDAC triedy I) má odlišnú substrátovú špecifickosť [15, 16]. Je veľmi pravdepodobné, že každý HDAC má svoj špecifický cieľový profil v určitých substrátoch, čo si vyžaduje komplexnejšie skúmanie. Ako takmer všetky enzýmy, aj HDAC sú funkčne regulované pre svoje aktivity. Spomedzi mnohých regulačných mechanizmov na rôznych úrovniach sú dva dobre vybavené mechanizmy interakcia proteín-proteín a posttranslačné modifikácie (PTM). Mnohé HDAC nefungujú samostatne, ale pôsobia ako zložka v multiproteínovom komplexe, ktorý pomáha jednotlivým HDAC vykonávať svoju katalytickú aktivitu efektívnejším a špecifickejším spôsobom [17]. Je veľmi bežné, že HDAC fungujú prostredníctvom tvorby veľkých proteínových komplexov. Rozsiahle biochemické analýzy ukázali, že HDAC1 a HDAC2 koexistujú v troch hlavných multiproteínových korepresorových komplexoch: Sin3, NuRD (nukleozómová remodelácia a deacetylácia) a CoREST (korepresor pre element-1-tišujúci transkripčný faktor) [14 ]. HDAC nie sú len modifikátory proteínov, môžu byť tiež predmetom rôznych PTM. Fosforylácia je najrozsiahlejšou štúdiou modifikácie. HDAC1 môže byť fosforylovaný kazeínkinázou (CK2) a cAMP-dependentnou kinázou PKA [18]. Fosforylácia na Serine (S) 421 aj S423 je nevyhnutná pre enzymatickú aktivitu HDAC1 a mutácie týchto dvoch miest významne znižujú jeho aktivitu a tvorbu komplexu. CK2 môže tiež fosforylovať HDAC2 na miestach 422 a 424 (homológy k S421 a S423 HDAC1) a na S394, hlavné miesto fosforylácie HDAC2 [19]. Dôsledne sme tiež zistili prítomnosť S394 fosforylovaného Hdac2 vo vývojiobličkypomocou hmotnostnej spektrometrie (Liu a kol., nepublikované). Okrem toho je fosforylácia HDAC1 a HDAC2 reverzibilne regulovaná proteínovou fosfatázou PP1 [20]. Štúdie tiež odhalili, že PP2A reguluje hypertrofickú odpoveď defosforyláciou S394 HDAC2 v ľudskom srdci [21]. Súhrnne sú HDAC dôležité epigenetické modulátory a hrajú úlohu v množstve biologických procesov. Ich aktivity sú prísne kontrolované viacerými mechanizmami, ako je interakcia proteín-proteín a PTM. Tvorba multiproteínového komplexu určuje nielen aktivitu HDAC, ale aj ich substrátovú špecifickosť. Molekulárne zmeny spôsobené HDAC budú mať pravdepodobne významný vplyv na ľudské zdravie a choroby. V tomto prehľade by sme chceli opísať úlohy HDAC vobličkyvývoj a choroba.

Úloha HDAC pri vývoji obličiek

Všadeprítomná expresia a vysoká deacetylázová aktivita triedy I HDAC sú v súlade s ich funkčným významom. HDAC1 konvenčné knock-out myši sú embryonálne letálne, čo vedie k závažným defektom proliferácie a spomaleniu rastu [22]. Podmienený knock-out HDAC1 je prekvapivo dobre tolerovaný vo viacerých tkanivách a myši sú životaschopné, veľmi pravdepodobne kvôli funkčnej redundancii HDAC1 a HDAC2 v neskoršom vývoji a postnatálnom živote [22]. Spoločná delécia HDAC 1 a HDAC2 je škodlivá vo všetkých skúmaných tkanivách [22]. Navyše myši s nulovým HDAC{11}}umierajú po narodení do 24 hodín v dôsledku srdcovej dysfunkcie [22]. VobličkyHDAC sú všadeprítomne a vysoko exprimované. Analýza RT-PCR ukazuje, že HDAC1, 2, 3, 4, 7, 9 podliehajú vývojovej kontrole a výrazne klesajú počas dozrievania z embryonálneho na neonatálny a dospelý život [23]. Western blot analýzaobličkyjadrové lyzáty ďalej potvrdzujú, že proteíny Hdac1–3 sú v embryonálnom štádiu veľmi bohatéobličkya sú postnatálne znížené [23]. Imunofarbenie odhaľuje, že Hdac 1 a 2 sú vysoko exprimované v rôznych populáciách vyvíjajúcich sa obličiek v obličkách novonarodených myší (P0), vrátane nediferencovaného metanefrického mezenchýmu, rozvetvených ureterických púčikov a strómy (obr. 1 ). Hdac1 a 2 sa prekrývajú a výlučne v jadre exprimujú vo vyvíjajúcich sa obličkách a obličkách P21 (obr. 1). Vysoká expresia Hdac3 bola tiež zistená pri vývojiobličkyvrátane podocytov. Naproti tomu Hdac 5, 6 a 8 sú konštitutívne exprimované. Renálna mikrovaskulatúra exprimuje Hdac 7, 8 a 9 [24]. Súhrnne sú gény HDAC triedy I a triedy II rozdielne regulované počasobličkyrozvoj. Expresia všetkých HDAC v obličkách bola dobre zdokumentovaná nedávnym prehľadom [25].

Obr. 1 Vysoká expresia a jadrová lokalizácia Hdac1 a Hdac2 v obličkách novonarodených myší (P0) (a, b) a P21 (c, d), v tomto poradí

Priestorovo a časovo obmedzená distribúcia HDAC však nemení globálne hladiny acetylácie histónov H3 a H4, čo naznačuje tesné spojenie funkcií HAT a HDAC počas normálneho vývoja [23].

Spomedzi HDAC triedy I sú HDAC1 a HDAC2 evolučne navzájom príbuzné a obe sú veľmi hojne exprimované v mnohých tkanivách. HDAC1 a HDAC2 môžu tvoriť homo- alebo heterodiméry a nachádzajú sa spolu v takmer všetkých jadrových proteínových komplexoch, vrátane troch dobre charakterizovaných korepresorových komplexov: Sin3, NuRD a Co-REST [14, 26]. Podmienečnou deléciou Hdac1 a Hdac2 v línii ureterických pupenov (UB) s Hoxb7-Cre štúdie odhalili, že myši s nie viac ako tromi vymazanými alelami Hdac1 a Hdac2 nevykazujú žiadne významné abnormality vo vývoji obličiek [27]. . Tieto myši môžu prežiť do dospelosti bez akýchkoľvek abnormalít v raste alebo vývoji. Naproti tomu súčasná delécia všetkých štyroch alel Hdac1 a Hdac2 vedie k skorej postnatálnej letalite vo veku 2–4 týždňov [27]. Theobličkytkanivo knockoutovaných myší v P0 ukázalo absenciu nefrogénnej zóny, nedostatok kortikálno-medulárneho vzorovania a tvorbu mnohopočetných epiteliálnych cýst, čo naznačuje kritickú úlohu a funkčnú redundanciu Hdac1 a Hdac2 vobličkyformovanie a funkcia [27]. Štúdie tiež ukazujú, že strata Hdac1 a Hdac2 v UB epiteli vedie k výraznej hyperace- tilácii tumor-supresorového proteínu p53 na zvýšenie stability p53 a transkripčnej aktivity [27]. Zatiaľ čo p53 je veľmi dôležitý nádorový supresor, neobmedzená aktivita p53 je škodlivá pre tvorbu obličiek, s najväčšou pravdepodobnosťou v dôsledku nevhodnej bunkovej smrti alebo defektov proliferácie [28].

Theobličkyobsahuje viaceré špecializované typy buniek s okresnými fyziologickými funkciami.Obličkytvorba u cicavcov je iniciovaná recipročnými interakciami medzi dvoma typmi tkanív, ureterickým pupeňom a metanefrickým mezenchýmom [5, 29–31]. Mezenchým Six2 plus cap je multipotentné samoobnovujúce sa progenitorové bunky nefrónov (NPC), z ktorých vzniká funkčný epitel nefrónov [30]. Aby sme získali prehľad o úlohe HDAC1/2 pri udržiavaní a diferenciácii NPC, podmienečne sme odstránili Hdac1 a Hdac2 s myšami Six2eGFPCre (Six2TGC) [30]. Myši s dvojitou deléciou HDAC1 a HDAC2 špecifickou pre NPC (všetky štyri alely) sa narodili v normálnych mendelovských pomeroch, ale uhynuli krátko po narodení [4]. Mutantné obličky v postnatálnom dni (P) 0 vykazovali maléobličkyveľkosť, absencia nefrogénnej zóny, nedostatok vznikajúcich nefrónov a glomerulov a tvorba mnohopočetných cýst [4]. Podobne ako pri delécii Hdac1 a Hdac2 v línii UB, jedna alela buď HDAC1 alebo HDAC2 je dostatočná na zabezpečenie nefrogenézy [4]. Naše výsledky ukázali, že históndeacetylázy 1 a 2 (HDAC1/2) sú nevyhnutné na reguláciu transkripčných programov progenitorov nefrónov a obličkových vezikúl [4]. HDAC1/2 hrajú dvojakú úlohu pri vyrovnávaní sebaobnovy a diferenciácie NPC počas nefrogenézy (obr. 2): Na jednej strane sú HDAC1/2 potrebné na expresiu všetkých markerových génov (ako Six2, Sall1 a Osr1) v NPC a samoobnovenie týchto buniek; na druhej strane sú tiež dôležité na potlačenie expresie kanonických cieľových génov Wnt a na zabránenie predčasnej diferenciácie NPC. Naše biochemické a ChIP analýzy tiež odhalili, že HDAC1 a HDAC2 interagujú so Six2, Osr1 a Sall1, sieťou transkripčných regulátorov, ktoré udržujú rovnováhu proliferácie a diferenciácie NPC [4]. Six2 je hlavným transkripčným faktorom vo vyvíjajúcej sa obličke a hrá ústrednú úlohu pri udržiavaní funkčného fondu samoobnovy dvojitým potlačením diferenciácie NPC a riadením sebaobnovy. Six2 a HDAC1/2 sú koexprimované v nediferencovaných NPC a všetky sú potrebné na udržanie progenitorových buniek nefrónu a prevenciu predčasnej diferenciácie [4]. Domnievame sa, že HDAC1/2 sú potrebné pre duálnu funkciu Six2 na presné riadenie samoobnovy a diferenciácie NPC. HDAC môžu deacetylovať nielen histónové proteíny, ale aj nehistónové proteíny [12]. Predikcia in silico počítačovým programom založeným na obohatení acetylačnej sady (ASEB) [32] naznačuje niekoľko potenciálnych miest zodpovedných za acetyláciu Six2 pomocou p300 a deacetyláciu pomocou Hdac1/2 (tabuľka 1). Medzi nimi lyzín (K) 46, K52 a K71 sú umiestnené v doméne Six2 (1–124) a K138 sa nachádza v homeodoméne Six2 [33]. Štúdie ukázali, že doména Six má oveľa silnejší sklon k jadru

akumulácia a zistilo sa, že proteín pozostávajúci zo Six domény a homeodomény je výlučne v jadre [33]. Preto by acetylácia týchto potenciálnych miest bola veľmi pravdepodobne spojená s lokalizáciou jadra proteínu Six2 a / alebo transkripčnou aktivitou. Nedávno naša analýza celého genómu ukázala, že Hdac1 a Six2 spolu zaberajú oblasti zosilňovača génov obnovy NPC a väzba Hdac1 naznačuje otvorený chromatín v oblasti promótora aktívne transkribovaných génov v NPC [34]. Ako HDAC1/2 reguluje funkciu Six2obličkyvývoj si určite vyžaduje ďalšie skúmanie.

Cicavcaobličkysa vyvíja z recipročných interakcií medzi metanefrickým mezenchýmom a ureterickým pupeňom. Stroma, tretia línia, ktorá vypĺňa intersticiálny priestor, je odvodená od odlišných progenitorov, ktoré exprimujú transkripčný faktor Foxd1 [35]. Štúdie ukazujú, že kortikálna stróma exprimujúca Foxd1 je multipotentná samoobnovujúca sa progenitorová populácia, ktorá spôsobí vznik kortikálnych a medulárnych intersticiálnych buniek, mezangiálnych buniek a pericytov.obličky[35]. HDAC1 a HDAC2 sú tiež vyššie exprimované v stróme vývojaobličky[4, 23, 27]. Aby sme preskúmali úlohu dvoch HDAC v stromatickej línii, používame myšací model na podmienečné odstránenie HDAC1 a HDAC2 pomocou Foxd1-Cre [36]. náš

Obr. 2 HDAC1/2 hrá dvojakú úlohu pri vyrovnávaní sebaobnovy a diferenciácie NPC počas nefrogenézy

predbežné výsledky ukázali, že špecifická delécia HDAC1/2 v stromálnych progenitoroch vedie k aberantnej expanzii progenitorov nefrónov (obr. 3), podobný fenotyp pozorovaný pri delécii Sall1 alebo ablácii renálnej strómy riadenej Foxd{4}}Cre [37 38]. Ďalšia charakterizácia toho, ako stromálny HDAC1/2 obmedziť a regulovať nadmernú expanziu nefrónov, by pomohla posunúť naše chápanie smerom k epigenetickej regulácii tvorby obličiek a krížovej reči medzi stromálnym a nefrónom.

HDAC a renálna intersticiálna fibróza

Chronické ochorenie obličiek (CKD) je stále viac uznávaným problémom verejného zdravia a vyznačuje sa postupným a nezvratným poklesom funkcie obličiek. Renálna intersticiálna fbróza je charakteristickým znakom CKD. Renálna intersticiálna fbróza je charakterizovaná renálnou tubulárnou atrofiou, abnormálnym ukladaním extracelulárnej matrice (ECM) a progresívnou expanziou fbroblastov. Základné patogénne mechanizmy sú zložité a rôznorodé. Hromadné dôkazy ukázali, že HDAC sa podieľajú na patológiách renálnej intersticiálnej fbrózy a inhibícia HDAC má antifbrotické účinky hlavne prostredníctvom nasledujúcich mechanizmov: (1) potlačenie pro-fbrotickej signalizácie TGF, (2) prevencia tubulárnej apoptóza epitelových buniek a (3) zvýšenie expresie proteínu kostnej morfogenézy 7 (BMP7) [39]. Transformujúci rastový faktor beta (TGF-) je členom transformujúceho rastového faktora, ktorý je nevyhnutný pri regulácii rôznych biologických procesov. U cicavcov boli identifikované tri izoformy TGF-obličky: TGF- 1, TGF- 2 a TGF- 3. Spomedzi nich TGF- 1 uplatňuje svoju biologickú aktivitu prostredníctvom ciest Smad a non-Smad a jeho úloha pri renálnej fbróze je najlepšie charakterizovaná (Yu a kol. 2003; Meng a kol. 2016). Aberantná aktivácia TGF- 1 vobličkyspôsobuje intersticiálnu fbrózu tým, že podporuje proliferáciu fbroblastov a ukladanie abnormálnej extracelulárnej matrice [40]. Skoršie štúdie ukázali, že liečba trichostatínom A (TSA), pan HDAC inhibítorom (HDACi) pre HDAC triedy I aj triedy II, zmierňuje renálnu fbrózu pri unilaterálnej obštrukcii močovodu (UUO) na myšom modeli [41]. Liečba TSA tiež významne inaktivovala fbroblasty. Okrem toho umlčanie HDAC1 alebo HDAC2 blokovalo proliferáciu renálnych fbroblastov znížením fosforylácie STAT3 (prevodník signálu a aktivátor transkripcie 3), signálnej molekuly spojenej s proliferáciou renálnych fbroblastov a rozvojom renálnej fbrózy [42]. Ďalšie štúdie ukázali, že liečba TSA tiež zvyšuje expresiu BMP-7 a zmierňuje patogenézu poškodenia obličiek [43, 44]. Keďže BMP-7 indukuje ochranu proti renálnej fbróze sprostredkovanej TGF{17}}, obnovenie expresie BMP{18}} predstavuje ďalší hlavný mechanizmus, ktorým inhibícia HDAC zabraňuje progresívnemu CKD [44]. Okrem toho podávanie MS-275 alebo Fk228 (selektívne inhibítory HDAC I. triedy) výrazne zmierňuje progresiu renálnej fbrózy inhibíciou aktivácie a proliferácie renálnych fbroblastov, čo naznačuje, že HDAC I. triedy hrajú pri renálnej fbróze prevládajúcu úlohu [45, 46].

Súhrnne hrajú HDAC dôležitú úlohu pri aktivácii renálnych fbroblastov a renálnej intersticiálnej fbróze a použitie inhibítorov HDAC (najmä HDAC I. triedy) preto môže poskytnúť účinnú terapiu na zmiernenie a liečbu renálnej fbrózy.

HDAC a diabetikovobličkychoroba

Diabetes postihuje viac ako 451 miliónov ľudí na svete a diabetická nefropatia (DN,obličkyochorenie pri cukrovke) je najčastejšou príčinou CKD. Koncová fázaobličkydis-ease (ESKD) je posledným štádiom CKD. Vtedy obe obličky už nedokážu podporovať potreby tela pre každodenný život. Najčastejšími príčinami ESRD v Spojených štátoch sú diabetes a vysoký krvný tlak [47]. Charakteristickým znakom DN je progresívna akumulácia ECM v glomerulárnom mezangiu a tubulointerstíciu. Množstvo predklinických štúdií preukázalo účinnosť inhibície HDAC v experimentálnych modeloch diabetického ochorenia obličiek [48, 49]. Prvé štúdie uvádzali zvýšenie aktivity HDAC2 pri diabete vyvolanom streptozotocínom (STZ).obličkya bunky proximálneho tubulárneho epitelu obličiek potkana (NRK-52E) vystavené pôsobeniu TGF- 1 [50]. siRNA knock-down HDAC2 znížil expresiu fibronektínu a -SMA v NRK-52E bunkách. Liečba TSA znížila expresiu zložiek ECM a zabránila epiteliálno-mezenchymálnemu prechodu (EMT). Zistilo sa, že kyselina valproová (VPA) (ďalší inhibítor HDACI/II) alebo SK704 (selektívny inhibítor HDAC I. triedy) majú podobné účinky na bunky NRK-52E, čo podporuje zásadnú úlohu HDAC I. triedy pri vývoji diabetické ochorenie obličiek [50].

Stres endoplazmatického retikula (ER) spôsobený reaktívnymi formami kyslíka (ROS) je spojený s vývojom DN [51]. Receptor epidermálneho rastového faktora (EGFR) sprostredkováva oxidačný stres a aktivácia EGFR sa podieľa na diabetických myšiach. Stresová signalizácia EGFR/AKT/ROS/ER hrá zásadnú úlohu v progresii DN a inhibícia EGFR môže slúžiť ako potenciálna terapeutická stratégia pri DN [51]. Štúdie ukázali, že liečba diabetických potkanov vorinostatom počas 4 týždňov významne znížila hladinu EGFR a potlačilaobličkyrast a glomerulárna hypertrofia, čo naznačuje, že HDAC môžu hrať úlohu pri včasnej DN prostredníctvom aktivácie EGFR [48].

Podocyty sú terminálne diferencované epitelové bunky a predstavujú dôležitú zložku epiteluobličkyfltračná bariéra [52]. Poškodenie podocytov urýchľuje progresiu DN stratou integrity fltračnej bariéry obličiek, čo vedie k úniku bielkovín do moču (proteinúria) [52]. Pomocou databázovej analýzy bola vyššia aktivita HDAC1 a HDAC2 detegovaná v microarray z glomerulov proteinurických myší (Inoue et al. 2019). Nedávne štúdie preukázali dôležitú úlohu aktivity HDAC podocytov pri regulácii myšej a ľudskej glomerulárnej choroby a silne naznačujú, že inhibícia aktivít HDAC1 a HDAC2 môže potlačiť progresiu ľudskej proteinurickej choroby obličiek. Podávanie VPA (inhibítor HDAC I. triedy, liek schválený FDA) a kyseliny suberanilohydroxamovej (SAHA) zmiernilo proteinúriu a znížilo vývoj glomerulosklerózy v mnohých modeloch poškodenia glomerulov hlodavcov. Myši s abláciou HDAC1 a HDAC2 špecifické pre Podocye boli odolné voči progresívnej glomeruloskleróze. Okrem toho, pozdĺžna analýza 120,{17}} účastníkov veteran aging Cohort Study preukázala silný ochranný účinok liečby VPA na pokles odhadovanej miery glomerulárnej fltrácie [52].

Stručne povedané, ochorenie obličiek spôsobené cukrovkou zostáva najčastejšou príčinou chronického zlyhania obličiek a HDACi poskytuje klinický prínos pri liečbe diabetického ochorenia obličiek.

HDAC a renálny karcinóm

Inhibítory HDAC boli rozsiahle študované pri rôznych typoch rakoviny. Najbežnejší je renálny bunkový karcinóm (RCC).obličkyrakoviny a predstavuje 2–3 percentá dospelých druhov rakoviny v Spojených štátoch [53]. HDAC triedy I, najmä HDAC1, 2 a 3, sú vysoko exprimované v RCC, čo z nich robí zaujímavé ciele liečby [54]. Nedávne štúdie ukázali, že HDAC1 a HDAC2 sú potrebné na rast a prežitie buniek renálneho karcinómu [55]. HDAC vedie k zníženiu E-kadherínu (bunková adhézna molekula) a receptora rastového faktora odvodeného od krvných doštičiek (PDGFR, kľúčový faktor tvorby metastáz RCC) [55]. Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) je najbežnejšou formou renálneho karcinómu. ccRCC sa vyznačuje inaktiváciou tumor supresorového génu von Hippel Lindau (VHL) [56]. Štúdie ukázali, že HDAC1 a 6 sú vysoko exprimované a modulujú bunkovú inváziu a migráciu v ccRCC [56]. Nedávno sme tiež zistili vyššiu aktivitu HDAC1 a HDAC2 vo Wilms Tumor, solídnom rakovinovom nádore obličiek, ktorý vzniká z nezrelého dieťaťa.nočné bunky (Liu et al., nepublikované). Tým, že sa HDAC zameriavajú na histónové aj nehistónové proteíny, hrajú rozhodujúcu úlohu pri raste a progresii solídnych nádorov [57]. Ukázalo sa, že HDACi účinne indukuje zastavenie rastu, apoptózu a diferenciáciu rakovinových buniek a inhibíciu nádorovej angiogenézy [57, 58].

Hromadné dôkazy ukázali, že HDACi inhibujú proliferáciu rakovinových buniek a indukujú zastavenie bunkového cyklu [57, 58]. Ošetrenie buniek RCC VPA viedlo k zastaveniu G1 upreguláciou p21 [59]. Okrem toho LBH589 (panobinostat; Farydak®, Novartis Pharms Corp.) indukoval G2/M zastavenie RCC buniek depléciou aurory A a B a downreguláciou survivínu [60], ktorá bola špecificky sprostredkovaná prostredníctvom HDAC3 a 6 [60]. . Aurora A a B sú vysoko konzervované serín/treonín kinázy, ktoré hrajú dôležitú úlohu počas mitózy a meiózy, najmä v progresii G2-M bunkového cyklu. Survivín je členom rodiny inhibítorov apoptózy (IAP), ktoré fungujú tak, že inhibujú apoptózu alebo programovanú bunkovú smrť. Zastavenie G2/M bolo tiež indukované KBH-A145, derivátom kyseliny hydroxámovej na báze -laktámu, ktorý inhibuje HDAC [61]. V ľudských obličkových rakovinových bunkách KBH-A145 upreguluje p21 inhibíciou náboru HDAC1 do promótora p21 [61]. Súhrnne tieto zistenia naznačujú, že inhibítory HDAC spôsobujú zastavenie cyklu v RCC ovplyvnením regulátorov bunkového cyklu, ako sú p21, aurora A a aurora B.

Napriek schváleniu FDA na liečbu mnohých druhov rakoviny má jediné terapeutické použitie inhibítora HDAC (HDACi) obmedzenú terapeutickú účinnosť proti solídnym nádorom [62]. Početné štúdie preukázali výhody kombinovaného použitia HDACis s inými rakovinotvornými látkami na liečbu RCC [58]. Napríklad VPA v kombinácii s interferónom s nízkou dávkou alebo AEE788 (inhibítor receptorovej tyrozínkinázy) alebo RAD001 (inhibítor mTOR) je oveľa účinnejší pri inhibícii aktivity HDAC a bunkovej proliferácie v bunkách RCC [63]. Výsledky jednoramennej štúdie fázy I/II ukazujú, že pridanie inhibítora HDAC entinostatu triedy 1 k liečbe vysokými dávkami IL{10}} u pacientov s metastatickým ccRCC môže byť prospešné [64]. Tá istá skupina tiež uviedla, že rekombinácia inhibítora HDAC II. triedy vorinostatu a blokátora VEGF bevacizumabu je relatívne dobre tolerovaná v jednoramennom klinickom skúšaní fázy I/II [65].

Súhrnne tieto štúdie silne naznačujú, že inhibícia HADC, najmä ak je spojená s ďalšími terapeutickými činidlami, môže poskytnúť účinný spôsob liečby RCC.

Záver a výhľad

Ukázalo sa, že HDAC, najmä HDAC triedy I, zohrávajú rozhodujúcu úlohuobličkyvývoj [4, 23, 27, 9]. Aberantná úroveň expresie a aktivita HDAC sú úzko spojené s patogenézou a progresiou rôznych ochorení obličiek. Mnohé HDACi sa ukázali ako veľmi účinné pri liečbeobličkychoroby. Komplexné informácie o terapeutickom účinku inhibítorov históndeacetylázy na ochorenie obličiek boli poskytnuté v prehľadovej práci (Chun, 2018). Na lepšie pochopenie molekulárnych mechanizmov HDAC v normálnom stave je potrebných viac štúdiíobličkytvorba a ochorenia obličiek. HDAC a HDACi regulujú (alebo menia) génovú expresiu zmenou acetylácie proteínov. V súčasnosti je profil HDAC-modulovanej alebo HDCAi sprostredkovanej proteínovej acetylácie vobličky(za fyziologických alebo patologických stavov) nie je dobre známy. Rozsiahla analýza globálnej acetylácie proteínového lyzínu v reakcii na knokaut HDAC alebo inhibíciu HDAC s použitím proteomických prístupov poskytne nové poznatky o regulačných mechanizmoch HDAC pri vývoji obličiek a otvorí nové terapeutické cesty na prevenciu a liečbu ochorení obličiek a súvisiacich obličkovo-kardiovaskulárnych ochorení. choroby. Početné štúdie úspešne preukázali renoprotektívne účinky inhibítorov HDAC, avšak väčšina z nich sú pan-HDAC inhibítory. Širokospektrálna inhibícia HDAC pravdepodobnejšie spôsobí nefrotoxicitu a na zlepšenie klinického výsledku a zníženie toxicity je potrebný vývoj špecifických inhibítorov HDAC. Prospešná pre liečbu bude aj kombinačná terapia spájaním inhibítora HDAC s ďalšími činidlami. Okrem toho komplexné pochopenie úloh HDAC a inhibítorov HDAC bude tiež veľkou pomocou pre vývoj nových nástrojov na rekapituláciu nefrogenézy v regeneratívnej medicíne.

Poďakovanie Veľká vďaka Dr. El-Dahrovi za kritické prečítanie a úpravu tohto rukopisu. Výskum uvedený v tejto publikácii podporila American Heart Association (17SDG33660072), granty National Institutes of Health P50 DK096373-03 a P30GM103337.

Otvorený prístup Tento článok je licencovaný na základe Creative Commons Attribution 4.0 Medzinárodná licencia, ktorá povoľuje používanie, zdieľanie, adaptáciu, distribúciu a reprodukciu na akomkoľvek médiu alebo formáte, ak uvediete pôvodného autora( s) a zdroj, uveďte odkaz na licenciu Creative Commons a uveďte, či boli vykonané zmeny. Obrázky alebo iný materiál tretích strán v tomto článku sú zahrnuté v licencii Creative Commons článku, pokiaľ nie je uvedené inak v úverovom limite k materiálu. Ak materiál nie je zahrnutý v licencii Creative Commons k článku a vaše zamýšľané použitie nie je povolené zákonnými predpismi alebo prekračuje povolené použitie, budete musieť získať povolenie priamo od držiteľa autorských práv. Ak chcete zobraziť kópiu tejto licencie, navštívte stránku http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.