Cistanche tyrimai: Farmakologiniai epigenetiniai šarminės fosfatazės moduliatoriai sergant lėtine inkstų liga 2 dalis

SpustelėtiČiadėl 1 dalies

EPIGENETINIS REGULIAVIMASŠARMINĖ FOSFATAZĖ

Terminą "Epigenotipas" 1942 m. sugalvojo Waddingtonas, padaręs išvadą, kad tarp genotipo ir fenotipo slypi visas vystymosi procesų kompleksas"[84]. Šiuolaikinis apibrėžimasepigenetikaapima DNR ir susijusių baltymų modifikacijas, nesusijusias su pagrindinės DNR sekos pokyčiais, kuriuos veikia aplinka ir kurie palaikomi ląstelių dalijimosi metu ir sukelia stabilius genų ekspresijos pokyčius [85]]. Pagrindinisepigenetinisveiksniai yra DNR metilinimas, posttransliaciniai histonų pokyčiai ir aukštesnės eilės chromatino struktūra. Histonų modifikacijos po transliacijos daro įtaką chromatino struktūrai, prieinamumui ir transkripcijos mašinų įdarbinimui, kad diktuotų, ar genai yra įjungti, ar išjungti. Šios dinaminės modifikacijos orkestruoja ląstelių atsaką į aplinkos, vystymosi ar medžiagų apykaitos dirgiklius modifikuodami transkriptomą. Tačiauepigenetikagali būti nereguliuojamos genų ekspresijos pagrindas ligos būsenose, įskaitant vėžį [86] ir patologinius uždegiminius procesus [87]. Fermentai ar baltymai, kurie generuoja arba sąveikauja su jaisepigenetinispakeitimai gali būti klasifikuojami kaip rašytojai, trintukai ar skaitytojai, priklausomai nuo to, ar jie prideda, pašalina ar atpažįsta posttransliacinę modifikaciją (3 pav.).

3 PAV. Chromatiną sudaro DNR ir baltymai, kurie sukuria kompaktišką struktūrą, labai svarbią eukariotinių chromosomų pakavimui ir stabilumui. Pirminiai baltymų komponentai yra histonai, aplink kuriuos DNR yra sužeista, kad susidarytų nukleosomas.Epigenetikaapima kovalentines chromatino modifikacijas, kurios neturi įtakos pagrindinei DNR sekai. Kovalentinės chromatino modifikacijos veikia tiek chromatino struktūrą, tiek transkripcijos kompleksų, kurie iš tikrųjų įjungia arba išjungia genus, įdarbinimą. Ši dinamikaepigenetinismodifikacijos atliekamos pridedant (rašant) ir pašalinant (ištrinant) posttransliacines modifikacijas, po kurių seka "skaitymas", kuris diktuoja genų ekspresiją ir galimą fenotipinį atsaką.

Histono acetilinimas

Histono acetilinimas yra susijęs su atvira chromatino struktūra, transkripcijos faktoriaus surišimo prieinamumu ir aktyvia transkripcija [88] ]. Acetilinimo poveikio histonasšarminisfosfatazės išraiška. Histono deacetilazės inhibitoriai (HDACi) padidina chromatino acetilinimą. In vitro, HDACi sukelta ekspresijašarminisFosfatazės-L skatino osteogeninę žmogaus mezenchiminių kamieninių ląstelių diferenciaciją [89]. Mechanistiškai histono acetilinimas buvo susijęs su kaulų morfogenetinių baltymų reguliavimu, WNT signalizacija ir RUNX2 indukcija [90]. Ar acetilinimas tiesiogiai veikiašarminisFosfatazės-L raiška yra vykdomų tyrimų sritis.

DNR metilinimo tyrimai parodė, kadšarminisFosfatazės-L promotorius A1E yra labai metilintas [91]. Delgado-Calle et al. [92] parodė, kad DNR metilinimas atlieka svarbų vaidmenį moduliuojantšarminisFosfatazėsišraiška žmogaus osteoblastų tipo ląstelėse. Jie parodė atvirkštinį ryšį tarp CpG salos metilinimo statuso, besitęsiančio nuo -579 iki þ836 bpšarminisFosfatazėsgenas, įskaitant promotoriaus regioną, o tai reiškia, kadepigenetinisreguliavimas DNR demetilinimu stipriai sustiprinašarminisFosfatazėsišraiška ir veikla [92]. VSMC atveju tiek fosfato, tiek hidroksiapatito nanokristalai moduliuoja DNR metilinimą, dėl kurio padidėja šarminės fosfatazės aktyvumas ir indukuojamas į osteoblastą panašus fenotipas [93,94]

Cistanche gali išvengti lėtinės inkstų ligos.

MikroRNR

Ilgas nekoduojantis RNR irmikroRNRtaip pat yra labai svarbūsepigenetinisveiksniai, susiję su posttrankripcijos genų reguliavimu [77,95& ]. NutarėmikroRNRyra mažos nekoduojančios vienos grandinės RNR molekulės, maždaug 18–25 nukleotidai, kurios slopina baltymų sintezę prisijungdamos prie 30- neišversto mRNR regiono, kad blokuotų baltymų vertimą ir (arba) moduliuotų mRNR stabilumą. Remiantis skaičiavimo prognozėmis, apskaičiuota, kad daugiau nei 50% visų žmogaus baltymus koduojančių genų gali reguliuotimikroRNR[96]. Kaulų reguliavimasmikroRNRvaidina pagrindinį vaidmenį osteogeninėje diferenciacijoje ir signalizacijos keliuose, susijusiuose su osteogeneze [77,95&,97,98]. Pagrindinius transkripcijos faktorius "Runx2" ir "Osx" reguliuoja daugybėmikroRNRpliuripotentinėse mezenchiminėse ląstelėse, siekiant slopinti kaulų fenotipą neosinėse ląstelėse ir audiniuose [77,99].

KažkoksmikroRNRnustatyta, kad jie slopina ir skatina skirtingus signalizavimo kelius, susijusius su osteogenine diferenciacija [95&,100& ]. Sumažinta i kolageno irnR ekspresija,šarminisFosfatazės, ir osteokalcinas buvo rastas per daug ekspresuojant miR- 375, o tai rodo, kad miR-375 gali slopinti osteogeninę diferenciaciją, nukreipdamas į Runx2 [101]. Taip pat pranešta, kad miR-133a-5p per didelė ekspresija slopinašarminisFosfatazėsišraiška ir mineralizacija taikantis į Runx2 [102]. Li ir kt. [103], parodė, kad miR-216a skatino osteoblastų diferenciaciją ir sustiprino kaulų formavimąsi.

FARMAKOLOGINĖS EPIGENETINĖS INTERVENCIJOS, NUKREIPTOS ĮŠARMINĖ FOSFATAZĖ

MikroRNR

Atsižvelgiant į visur esančią šarminės fosfatazės ekspresiją, jos pagrindinį vaidmenį biomineralizuojant ir didelįkraujagyslių kalcifikacijapacientams, kuriems yraLėtinisinkstasliga, tikslinga ištirti farmakologijąepigenetinisšarminės fosfatazės moduliavimas kaip galima terapinė priemonė, kuria siekiama užkirsti kelią širdies ir kraujagyslių komplikacijomsLėtinisinkstasliga[9& ]. Naujausi duomenys rodo, kadmikroRNRyra nereguliuojamiLėtinisinkstasliga–mineraliniai ir kaulų sutrikimai [104]. Eksperimentiniai tyrimai patvirtina koncepciją, kadmikroRNRyra potencialūs tikslai, kuriuos reikia sumažintikraujagyslių kalcifikacija[100& ]. Pagal miRBase 22 versiją, 2656 brandaus žmogaus sekosmikroRNRiki šiol buvo kataloguoti [105]. Taigi įtraukti daugumąmikroRNRkurie per daugelį metų buvo tiriami šioje apžvalgoje. Tačiau naujausi duomenys rodo, kad fosfatų sukelta aortos kalcifikacija sukelia miRNR moduliaciją, padidindama miR-200c, miR-155 ir miR-322 reguliavimą, o miR-708 ir miR-331 buvo nereguliuojami [106] ]. KitasmikroRNRkurie dalyvaujakraujagyslių kalcifikacija, taigi galimi gydymo taikiniai yra miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 ir miR-762 [107]. Dauguma šių mikroRNR yra skirti dviem pagrindiniams transkripcijos veiksniams Runx2 ir Osx, kurie turi įtakos TNalkalino fosfatazės aktyvumui ir biomineralizacijai. NeabejotinaimikroRNRatlieka pagrindinį vaidmenį reguliuojantkraujagyslių kalcifikacija; tačiau didelė gausamikroRNRreikalauja išplėstinių didelio masto epigenomų masto tyrimų, kad būtų galima visiškai išnaudotiepigenetinisreglamentavimas pagalmikroRNRnaujiems terapiniams metodams, kaip pagerinti vandenįkraujagyslių kalcifikacija.

Bromodomainas ir papildomas terminalinis slopinimas Bromodomainas ir papildomi terminaliniai (BET) baltymai BRD2, BRD3, BRD4 ir BRDT yra chromatino skaitytuvai, kurie ne tik jungia acetilintą liziną ant histono uodegų ir transkripcijos faktorių per bromodomainus 1 ir 2, bet ir įdarbina transkripcijos mašinas genų ekspresijai reguliuoti [108]. BET inhibitoriai (BETi) blokuoja BET baltymų sąveiką su acetilintais histonais ar transkripcijos faktoriais, kad paveiktų tikslinių genų ekspresiją [88] ].Apabetalonasyra per burną prieinamas BETi klinikinio vystymosi metu, skirtas gydytiKraujagyslių liga. Jis pirmenybę teikia bromodomainui 2 BET baltymuose (4 pav.), Kuris jį skiria nuo pan-BETi, nukreiptų į bromodomainus 1 ir 2 su vienodu afinitetu [109]. Klinikinių tyrimų metu:apabetalonasgydymas sumažino pagrindinius nepageidaujamus širdies reiškinius (MACE) pacientams, kuriems yraKraujagysliųligair buvo susijęs su 44 % santykinės rizikos sumažėjimu, palyginti su standartine priežiūra [110] ]. MACE sumažėjimas vien pagal abėcėlę buvo susijęs su šarminės fosfatazės kiekio serume sumažėjimu, nepriklausomai nuo tradicinių širdies ir kraujagyslių ligų rizikos veiksnių ir uždegimo [111] ]. Tyrimai parodė, kad šis vaistas tuo pačiu metu moduliuoja veiksnius, skatinančius aterosklerozinių plokštelių stabilizavimą ir MACE sumažėjimą. DTL cholesterolio kiekis padidėjo [110&,112], o komplemento kaskados, ūminės fazės reakcijos ir kraujagyslių uždegimo mediatoriai buvo slopinami [113,114].

4 PAV. Chromatino acetilinimas yra epigenetinė modifikacija, susijusi su atvira chromatino struktūra ir aktyvia transkripcija. Bromodomainas ir papildomi galiniai baltymai yra "chromatino skaitytuvai", kurie jungia acetilintą liziną su histonais arba transkripcijos faktoriais per du tandeminius bromodomainus 1 ir 2 ir įdarbina transkripcijos mechanizmus (pvz., teigiamą transkripcijos pailgėjimo faktorių ir RNR polimerazę II), kad paskatintų bromodomaino ir ypač galinių jautrių genų ekspresiją.Apabetalonasyra per burną prieinamas bromodomaino ir papildomų galinių bromodomainų mažų molekulių inhibitorius, sukeliantis bromodomainą ir papildomą galinių baltymų išsiskyrimą iš chromatino, o dėl to bromodomaino reguliavimą ir papildomą terminalui jautrų genų transkripciją.Apabetalonaspirmenybė teikiama bromodomainui 2 (atstovaujamam geltonąja aureole), kuri ją skiria nuo pan-bromodomaino ir papildomų galinių inhibitorių, kurie suriša bromodomainus 1 ir 2 su vienodu afinitetu.

ĮLėtinisinkstasligapacientų, kurių anamnezėje buvoKraujagysliųliga, vien abėcėlės gydymas pagerėjoinkstų funkcijair sumažėjęs cirkuliuojantis šarminės fosfatazės kiekis [115]. Mechanistiškai,apabetalonasnereguliuojamasšarminisFosfatazėsekspresija pirminiuose žmogaus hepatocituose ir VSMC [116%) ir dėl to sumažėjo TNalkalino fosfatazės baltymų kiekis ir fermentinis aktyvumas. Mažų molekulių inhibitoriaišarminisFosfatazėsbuvo įvertinti kaip terapiniaikraujagyslių kalcifikacijaTačiau [14],apabetalonasgali būti pirmoji klinikinės stadijos molekulė, modifikuojantišarminisFosfatazėsgamyba. In vitro,apabetalonasprieštaravo VSMC kalcifikacijai, kultivuojamai osteogeninėmis sąlygomis perepigenetinismechanizmas, apimantis BRD4, slopinantis prokabilių genų, įskaitant RUNX2 ir šarminį, indukcijąFosfatazės[116& ].

Vienkartinė dozė:apabetalonasįLėtinis inkstasliga4–5 stadijos pacientai greitai sumažino daugybę uždegiminių citokinų, įskaitant IL-6 [2]. Tame pačiame tyrime daugiau nei 1300 plazmos baltymų proteominis profiliavimas prognozavo, kad pacientams, kurių imuninė ir uždegiminė eiga buvo sutrikusi, buvo suaktyvinti keli imuniniai ir uždegiminiai keliaiinkstasfunkcija, įskaitant branduolinį faktorių kB (NF-kB), IL-6 arba kaulų morfogenetinį baltymų signalizavimą. Šie kanoniniai keliai buvo reguliuojami viena apabetalono doze, kuri palankiai paveiktų inkstų funkcijos sutrikimo progresavimą ir su tuo susijusįkraujagyslių kalcifikacija.

Cistanche gali pagerėtiinkstų funkcijos.

Bromodomainas ir papildomas galutinis medžiagų apykaitos kaulų sutrikimų slopinimas: inkstų osteodistrofijos reikšmė

Skirtingi ikiklinikiniai metabolinių kaulų ligų modeliai parodė, kad BETi nesumažina kaulų struktūros ar mechaninių savybių, o gali padidinti kaulų tūrį ir atkurti mechaninį stiprumą [117–120]. Šie tyrimai rodo, kad teigiamas BETi poveikis kaulų sutrikimams atsiranda dėl priešuždegiminio poveikio, taip patepigenetinispagrindinių kaulų remodeliavimo veiksnių moduliavimas, įskaitant TN-šarminisFosfatazės. N-metilpirolidonas (NMP) yra JAV Maisto ir vaistų administracijos patvirtinta vaisto pagalbinė medžiaga, nustatyta kaip bioaktyvi BETi [121]. Tyrimai su NMP ikiklinikiniuose kaulų degeneracijos modeliuose pozicionavo BETi kaip farmakologinę kaulų ligų, kurioms būdinga pernelyg didelė kaulų rezorbcija, prevencijos ar gydymo strategiją. Daugybė tyrimų parodė, kad BETi slopina uždegiminį atsaką, kurį sukelia TNFa ir NF-kB [3,122–124]. NMP skatino mineralizuoto kaulo, kurį blokavo TNFa, augimą ir atgavo TNFa slopinamą esminių osteoblastinių genų ekspresiją, įskaitantšarminisFosfatazės, RUNX2 ir SP7/Osterix [125]. Be to, NMP skatino kaulų regeneraciją, stiprindamas BMP2 signalizavimą osteoblastuose [126] ir slopindamas osteoklastų diferenciaciją, kad susilpnintų kaulų rezorbciją, kurią sukelia NF-kB ligando receptorių aktyvatorius [127]. Įrodyta, kad NMP padidina osteoblastų gyvybingumą hipoksijos metu ir kovojo su hipoksijos sukeltu pagrindinių genų, susijusių su mineralizacija, reguliavimu, įskaitantšarminisFosfatazės[128]. Mechanistiškai NMP gydymas apsaugojo osteoblastų diferenciaciją hipoksijos metu iš dalies slopindamas NF-kB signalizaciją. NMP išsaugojo kaulų mineralų tankį ir kaulų kokybę kiaušidėsektomizuotose žiurkėse [121], iš esmės pagerindamas estrogenų išeikvojimo sukeltą osteoporozę. Rezultatai buvo patikrinti panašiuose tyrimuose naudojant N, N-dimetilacetamidą [127] arba stipresnį BETi JQ1, kur gydymas panaikino kaulų netekimą, kurį sukėlė estrogenų trūkumas [117]. Šie duomenys rodo, kad BETi terapija gali padidinti kaulų masę ir pagerinti kaulų apykaitą esant uždegiminiams kaulų sutrikimams ir galbūtLėtinisinkstasliga.

IŠVADA

Cirkuliuojanti šarminė fosfatazė yra tvirtas ir nepriklausomas rizikos žymuoKraujagysliųligair mirtingumas tarp visų gyventojų irLėtinisinkstasliga. Visur esanti šarminės fosfatazės išraiška ir jos dalyvavimas keliuose patofiziologiniuose procesuose, susijusiuose suKraujagysliųliga, kaulų liga,Lėtinisinkstasligaprogresavimas, o kognityvinė disfunkcija daro jį tinkamu daugiafaktoriniamepigenetinisIntervencijos. Teigiami naujojo BETi klinikinių tyrimų rezultataiapabetalonasimplikuoti šarminės fosfatazės, kaip galimo naujo širdies ir kraujagyslių sistemos gydymo taikinio, vaidmenį. Eksperimentiniai tyrimai su papildomu BET yra irmikroRNRpasiūlyti platesnį terapinį potencialąepigenetinisšarminės fosfatazės moduliacija. Reikia tolesnių tyrimų, kad būtų galima galutinai nustatyti šarminę fosfatazę kaip klinikinį gydymo tikslinį lygį ir išsiaiškinti šarminės fosfatazės koncentracijos serume mažinimo poveikį iki specifinių tikslinių lygių klinikiniams rezultatams.

Padėkos

P.M. remia ALF dotacijos Region O ̈stergo ̈tland, Sweden. K. K.-Z. remia NIDDK dotacijos R01- DK095668 ir K24-DK091419, taip pat filantropinės dotacijos iš pono Haroldo Simmonso, pono Louis Chang, dr. Joseph Lee ir AVEO.

Finansinė parama ir rėmimas

Joks.

Interesų konfliktai

M. H. yra "Resverlogix Inc." inkstų klinikinės patariamosios tarybos narys ir "Diaverum Sweden, AB" darbuotojas. Jis yra gavęs konsultacijų ir pranešėjų honorarus iš "Resverlogix" ir "Amgen". D.G. ir E.K. yra "Resverlogix" darbuotojai. K. K.-Z. yra Resverlogix inkstų klinikinės patariamosios tarybos narys. P. M. neturi jokio interesų konflikto, susijusio su šiuo straipsniu.

NUORODOS IR REKOMENDUOJAMAS SKAITYMAS

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Lėtinė inkstų liga: klinikinis priešlaikinio senėjimo modelis. Am J Inkstas Dis 2013; 62:339–351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM ir kt.Lėtinė inkstų ligair priešlaikinis senėjimas. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732–742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C ir kt. Privalumaiapabetalonasdėl plazmos baltymų sergant inkstų liga. Renal Int Rep 2018; 3:711–721.

4. Milanas J. Žinduolisšarminė fosfatazė: nuo biologijos iki pritaikymo medicinoje ir biotechnologijose. Weinheimas: Wiley; 2006.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Daugiasistemės funkcijosšarminės fosfatazės. Metodai Mol Biol 2013; 1053:27–51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Tirpių ir skeleto kiekybinis įvertinimasšarminė fosfatazėir netirpstašarminė fosfatazėinkaro-hidrolazės veikla žmogaus serume. Clin Chim Acta 2001; 311:137–148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. Skeletasšarminė fosfatazėaktyvumas pirmiausia išsiskiria iš žmogaus osteoblastų netirpia forma, o grynąjį išsiskyrimą slopina kalcio ir skeleto augimo faktoriai. Calcif Tissue Int 1998; 62:332–340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Skirtingi žmogaus kaulų pasiskirstymaišarminė fosfatazėizoformos serumo ir kaulinio audinio ekstraktuose. Clin Chim Acta 2002; 325:59–70.