MikroRNA dalam Perkembangan Buah Pinggang Dan Penyakit Ⅱ

Perkembangan buah pinggang

Thebuah pinggang mamalia(atau metanephros) ialah organ penting yang memainkan peranan penting dalamperkumuhan bahan buangan metabolik,peraturan isipadu cecair ekstraselular, danpenyelenggaraan elektrolitdanhomeostasis asid-bes. Selain itu, buah pinggang menghasilkan hormon penting, sepertierythropoietin, kalsitriol,renin, danprostaglandin(48). Kapasiti fungsi buah pinggang berkorelasi dengan bilangan nefron yang berfungsi yang terbentuk semasa perkembangan buah pinggang sebelum kelahiran, juga dipanggil endowmen nefron. Setiap buah pinggang manusia mengandungi purata 1,000,000 nefron, walaupun bilangan ini berbeza-beza, dengan anggaran antara 200,000 hingga 2,000,{{8 }} nefron (49, 50). Denganpenuaan,kehilangan rizab nefron berfungsiberlaku dari semasa ke semasa (51, 52); oleh itu, endowmen nefron rendah semasa lahir dikaitkan dengan peningkatan risiko mendapat hipertensi dan penyakit buah pinggang kronik (CKD) di kemudian hari (53–55). Selain itu, CAKUT, yang membawa kepada penurunan endowmen nefron dan fungsi nefron, adalah punca utama kegagalan buah pinggang pada kanak-kanak, mengakibatkan morbiditi dan kematian yang ketara yang berkaitan dengan pemindahan dan dialisis (56, 57). Oleh itu, pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme selular dan molekul yang mendasari penubuhan nombor nefron dan pembentukan nefron normal memberikan pandangan tentang jalan baru untuk meramal, mencegah dan merawat penyakit buah pinggang kanak-kanak.

BERAPA LAMA UNTUK CISTANCHE BERFUNGSI UNTUK PESAKIT SAKIT BUAH PINGGANG?

Perkembangan buah pinggang metanephricbermula sekitar hari embrio 10.5 (E10.5) pada tikus dan sekitar minggu kelima kehamilan pada manusia (58). Sebagai tindak balas kepada isyarat induktif daripada mesenkim metanephric, tunas ureterik memanjang dari hujung kaudal duktus Wolffian dan menyerang ke dalam mesenkim bersebelahan (Rajah 2). Pada masa yang sama, morfogen yang terpancar daripada tunas ureterik mendorong pemeluwapan mesenkim metanefrik untuk membentuk mesenkim penutup (juga dipanggil nefron progenitor) di sekeliling hujung tunas ureteri. Apabila nefrogenesis berlangsung, tunas ureterik mengalami pusingan bercabang, pemanjangan, dan pembezaan berturut-turut untuk menghasilkan saluran pengumpul buah pinggang. Subpopulasi nefron progenitor mengalami peralihan mesenchymal-epithelial untuk membentuk vesikel renal, yang selepas polarisasi dan pemanjangan menjadi struktur badan berbentuk koma dan S. Akhirnya, bahagian distal badan berbentuk S bergabung dengan saluran pengumpul untuk membentuk nefron berfungsi (59-61). Badan berbentuk S mengalami pembezaan selanjutnya untuk membentuk jenis sel matang nefron, selain daripada saluran pengumpul. Sel-sel progenitor stromal Foxd{13}} bersebelahan dengan progenitor nefron dalam kortikal luar atau zon nefrogenik buah pinggang yang sedang berkembang (Rajah 2) (62). Isyarat daripada stroma kortikal dianggap menghalang pengembangan sel progenitor nefron dan merangsang pembezaannya, kerana ablasi stroma buah pinggang mengakibatkan pembezaan progenitor nefron terjejas (63). Sel-sel progenitor Foxd{17}} menimbulkan semua sel stroma dalam buah pinggang metanephric, termasuk kortikal renal dan sel interstisial medula, pericytes, fibroblas perivaskular, sel mesangial dan sel otot licin vaskular (64, 65). Gangguan dalam mana-mana langkah proses ini boleh membawa kepada CAKUT, penyebab utama CKD kanak-kanak (66, 67).

Nefron matang terdiri daripada glomerulus yang bertindak sebagai unit penapisan dan petak serapan belakang tiub yang dibahagikan kepada tubul berbelit proksimal, gelung Henle, tubul berbelit distal dan saluran pengumpul (Rajah 2). Penghalang penapisan glomerulus (yang terdiri daripada endothelium terfenestrasi, membran bawah tanah glomerular, proses kaki, dan celah diafragma podosit) membolehkan penapisan plasma dan zat terlarut kecil, sambil mengekalkan protein seperti albumin dan imunoglobulin secara selektif dalam darah (68, 69). Sementara itu, petak penyerapan semula tiub bertanggungjawab untuk penyelenggaraan homeostasis air, penyerapan semula bahan terlarut (termasuk natrium, kalium, kalsium, fosforus, magnesium, glukosa, dan banyak lagi), dan perkumuhan asid dan bahan buangan lain.

MiRNA dalam buah pinggang yang sedang berkembang

Dalam kajian dalam tikus transgenik bersyarat, miRNA telah muncul sebagai pengawal selia kritikal genesis morfo buah pinggang dalam pelbagai keturunan sel. Kajian awal yang menilai peranan berfungsi untuk miRNA dalam perkembangan buah pinggang menggunakan penghapusan bersyarat Dicer (70) dalam keturunan buah pinggang yang berbeza. Walau bagaimanapun, Dicer juga diketahui mempunyai peranan bebas miRNA (71), yang telah merumitkan tafsiran model ini. Pemadaman bersyarat Dicer dalam mesenchyme metanephric awal atau progenitor nefron mengakibatkan apoptosis dipertingkatkan progenitor nefron, peningkatan tahap protein proapoptotik Bim, dan pemberhentian pramatang nefrogenesis (72-75) (Jadual 1). Menariknya, kehilangan ekspresi Bim dalam genitor nefron pro kekurangan Dicer mengurangkan apoptosis dan memulihkan sebahagian pembentukan nefron. Dua miRNA yang dinyatakan dalam progenitor nefron, miR-17 dan miR-106, telah dikenal pasti sebagai penindas ekspresi BIM (76). Bersama-sama, penemuan ini menunjukkan bahawa miRNA mengawal keseimbangan antara survival dan apoptosis dalam progenitor nefron untuk memastikan pembentukan bilangan nefron yang betul sepanjang nefrogenesis.

Rajah 2. Ilustrasi skematik peringkat-peringkat perkembangan buah pinggang metanephric. Isyarat daripada tunas ureterik mencetuskan pemeluwapan mesenkim metanephric untuk membentuk penutup progenitor nefron (cap mesenchyme) di sekeliling hujung tunas ureterik. Mesenkim topi mengalami peralihan mesenchymal-epithelial untuk membentuk vesikel renal, yang berkembang secara berurutan menjadi badan berbentuk koma dan S. Struktur ini bersambung ke tangkai tunas ureter, yang menimbulkan saluran pengumpul. Sel-sel dalam domain proksimal badan berbentuk S membezakan kepada sel-sel epitelium khusus bagi korpuskula renal matang (iaitu, podosit dan sel kapsul Bowman), manakala sel-sel di bahagian tengah dan distal membezakan ke dalam segmen tiub nefron (tubul proksimal). , gelung Henle, dan tubul distal). Dicipta dengan BioRender.com.

Pemadaman bersyarat Dicer dalam keturunan tunas ureter menghasilkan spektrum keabnormalan yang sangat menyerupai CAKUT, termasuk displasia buah pinggang dan perkembangan sista saluran pengumpul (73, 77, 78). Penamatan pramatang morfogenesis cawangan (sebagai tindak balas kepada penurunan ekspresi Wnt11 dan c-Ret dari putik ureterik) berkemungkinan merupakan faktor penyumbang utama untuk displasia buah pinggang (73). Permulaan pembentukan sista berlaku pada sekitar E15.5 dan dikaitkan dengan kecacatan pada panjang silia primer, peningkatan kematian sel apoptosis, dan percambahan sel yang berlebihan (73). Memandangkan Dicer mempunyai peranan bebas miRNA yang penting dalam sel, pemadaman bersyarat Dgcr8 telah digunakan untuk mengesahkan bahawa fenotip yang diperhatikan dalam model Dicer-knockout bersyarat sememangnya hasil daripada kehilangan miRNA. Haiwan dengan pemadaman Dgcr8 dalam nefron distal dan derivatif saluran pengumpul menghasilkan hidronefrosis dan sista saluran pengumpul (79), fenotip seperti CAKUT yang menyerupai kehilangan aktiviti Dicer dalam keturunan tunas ureter.

Kajian daripada dua kumpulan bebas menunjukkan bahawa ablasi Dicer daripada keturunan stroma renal Foxd1+ dan derivatifnya menghasilkan spektrum anomali buah pinggang, dengan penemuan yang konsisten berkenaan buah pinggang hipoplastik, pengurangan bilangan glomerular, kematangan glomerular yang tidak normal dan vaskular yang rosak bercorak (80, 81). Walaupun kedua-dua kumpulan menggambarkan sebahagian besar fenotip selaras menggunakan model tetikus yang serupa, dua perbezaan berbeza telah diperhatikan. Nakagawa et al. memerhatikan kekurangan medula dalaman dan papilla, serta penurunan dalam zon nefrogenik (80). Sebaliknya, Phua et al. menunjukkan pengembangan populasi nenek moyang nefron dan papilla buah pinggang yang terpelihara (81). Nakagawa et al. mencadangkan bahawa kecacatan ini berkaitan dengan gangguan isyarat laluan Wnt, mengakibatkan perubahan dalam penghijrahan dan percambahan sel stroma, disebabkan oleh penurunan regulasi miRNA sel stroma, miR-214, miR-199a{{7 }}p dan miR-199a-3p (80). Kajian oleh Phua et al. mencadangkan bahawa perubahan dalam program apoptosis (termasuk ekspresi tambahan Bim dan gen efektor p53) menyumbang kepada kecacatan fenotip (81). Boleh dibayangkan bahawa perbezaan latar belakang genetik dan/atau kecekapan penggabungan semula pengantaraan Cre mungkin bertanggungjawab terhadap perbezaan yang diterangkan oleh kajian ini. Walau bagaimanapun, fenotip yang diterangkan adalah konsisten dengan peranan pelbagai rupa stroma buah pinggang yang diketahui dalam pembangunan buah pinggang, dan mekanisme yang mendasari fenotip ini mungkin kompleks memandangkan sifat pemadaman Dicer. Kajian lanjut yang mengkaji miRNA tertentu dalam pelbagai subpopulasi stromal diperlukan untuk menentukan mekanisme pengawalseliaan yang lebih baik.

Kerja yang lebih baru-baru ini telah menangani persoalan tentang fungsi miRNA tertentu dalam kedua-dua buah pinggang yang sedang berkembang dan progenitor nefron. Menggunakan model sel stem embrio manusia, Bantounas et al. menunjukkan bahawa perencatan kelompok miR-199a~214 mengakibatkan glomeruli dismorfik, tubul proksimal menyimpang, ekspresi WT1 berkurangan dan peningkatan kapilari interstisial dalam organoid seperti buah pinggang (82). Menariknya, pemadaman global miR responsif hipoksia-210 mengakibatkan defisit nefron khusus lelaki (83). Contohnya, pemadaman bersyarat bagi kelompok miR-17~92 dalam progenitor nefron dan terbitannya dalam tikus menjejaskan percambahan sel progenitor dan mengurangkan bilangan nefron yang sedang berkembang. Akibatnya, tikus mutan mengembangkan proteinuria, fibrosis buah pinggang, dan fungsi buah pinggang terjejas (84). Tahap tidak terkawal gen sasaran miR-17~92, CFTR, terlibat dalam pembiakan sel progenitor yang rosak dan pengurangan endowmen nefron dalam model tetikus ini (85).

Penjujukan RNA kecil (smRNA-Seq) semakin digunakan untuk memprofilkan corak ekspresi miRNA dan untuk penemuan spesies miRNA novel. smRNA-Seq daripada sel mesenchymal nefrogenik E15.5 mengenal pasti 162 miRNA beranotasi yang dinyatakan secara berbeza dalam populasi sel ini berbanding dengan seluruh buah pinggang dan 49 spesies miRNA novel (86). Menariknya, tahap miR{7}} miRNA keluarga telah dikurangkan dengan ketara dalam progenitor nefron. Memandangkan ahli keluarga miR-200 ialah pengawal selia utama peralihan mesenchymal-epithelial dalam saluran pengumpul (87), kami membuat spekulasi bahawa ekspresi mereka mungkin dikawal ketat untuk memastikan pembezaan epitelium normal progenitor nefron semasa perkembangan buah pinggang.

Fungsi MiRNA dalam nefron matang

Sebagai tambahan kepada keperluan mereka semasa pembangunan buah pinggang, miRNA mengawal banyak proses biologi dalam garis keturunan sel utama yang membentuk nefron matang (69, 88-91). Selaras dengan ini, ekspresi sifik segmen miRNA sepanjang nefron telah diterangkan, termasuk miR-143 dan miR-195a dalam glomerulus, miR-107 dan miR{{7} }a dalam tubul proksimal, miR-193 dan miR-378a dalam anggota menaik tebal, miR-874 dan miR-155 dalam tubul berbelit distal dan miR{{ 12}}c dalam saluran pengumpul (87). Selain itu, kajian fungsional dalam petak nefron matang menyokong peranan yang berbeza untuk miRNA.

Tikus yang kekurangan sama ada Dicer atau Drosha dalam podosit mempamerkan proteinuria yang ketara, glomerulosklerosis, dan perkembangan pesat kepada kegagalan buah pinggang, akibat gangguan penghalang penapisan glomerular (90–93). Analisis dalam silico mendedahkan bahawa pelbagai transkrip terkawal dalam glomeruli mutan mengandungi jujukan sasaran untuk ahli keluarga miR-30. Seperti keempat-empat ahli keluarga miR-30 (miR-30c-1, miR-30b, miR-30d dan miR-30c{ {9}}) biasanya sangat dinyatakan dalam podosit, miRNA ini mungkin bertanggungjawab terhadap keabnormalan podosit dan gangguan penghalang penapisan glomerular dalam tikus mutan (91).

Agak mengejutkan, pemadaman Dicer daripada tubulus proksimal mamalia selepas bersalin tidak menjejaskan perkembangan, histologi atau fungsi buah pinggang tetapi melindungi daripada iskemia/kecederaan reperfusi buah pinggang. Tikus mutan mempamerkan fungsi buah pinggang yang lebih baik, mengurangkan kecederaan buah pinggang, apoptosis tiub yang lebih rendah, dan kelangsungan hidup yang lebih baik berbanding dengan rakan sampah WT mereka (94). Ini mungkin mencerminkan "jumlah" kesan pemadaman berbilang miRNA dalam tubul proksimal, kerana kerja lain telah menunjukkan bahawa ekspresi miRNA tertentu adalah pelindung dalam kecederaan iskemia/reperfusi buah pinggang (cth, miR-16 dan miR-21; manakala yang lain mencederakan (cth, miR-182; ruj. 97).

Walaupun miRNA nampaknya boleh diketepikan untuk fungsi tubul proksimal, ia adalah penting untuk nefron distal dan mengumpul homeostasis saluran (79, 88, 98). Mengumpul ketidakaktifan khusus saluran Dicer dan gen berkaitan biogenesis miRNA kritikal lain (termasuk Dgcr8, Ago1, 2, 3, dan 4) menyebabkan kegagalan buah pinggang pada tikus dewasa kerana fibrosis tubulointerstitial progresif dan keradangan interstisial (88). Ini didahului oleh peralihan epithelial-mesenchymal (EMT) separa bagi sel-sel saluran pengumpul dan menurunkan regulasi ahli keluarga miR-200, yang menghalang EMT (88). Begitu juga, ablasi sama ada Dicer atau Dgcr8 daripada nefron distal dan derivatif tunas ureterik, masing-masing, mengakibatkan keabnormalan buah pinggang dan kegagalan buah pinggang (78, 98), yang akhirnya dikaitkan dengan downregulation ahli keluarga miR-200 (98). Peningkatan ekspresi gen sasaran miR-200 Pkd1 dalam tikus mutan ini mengganggu tubulogenesis dan menghasilkan struktur seperti sista (98). Perbezaan dalam keperluan untuk miRNA berfungsi dalam tubulus proksimal dan nefron distal / saluran pengumpul mungkin dijelaskan oleh pengedaran segmental miRNA sepanjang panjang nefron dan saluran pengumpul dalam buah pinggang WT (88).

Pemadaman Dicer dalam sel perembesan renin dalam radas juxtaglomerular mengakibatkan defisit sel jukstaglomerular, pengurangan tahap renin yang beredar dengan pengurangan tekanan darah arteri, fungsi buah pinggang berkurangan, corak berjalur fibrosis interstisial, dan keabnormalan vaskular (89). Pengurangan dalam sel juxtaglomerular mencadangkan keperluan untuk miRNA matang dalam penyelenggaraan fenotip mereka. Kemudian, miR-330 dan miR-125b-5p telah dikenal pasti sebagai calon berpotensi yang sama ada menghalang atau menggalakkan, masing-masing, fenotip otot licin sel juxtaglomerular (99).

Bidang penyelidikan aktif lain mengenai miRNA dalam kecederaan buah pinggang akut (8-10), penyakit buah pinggang polikistik (11), dan pemindahan buah pinggang (10), telah ditangani secara komprehensif dalam ulasan baru-baru ini.

MiRNA dalam penyakit buah pinggang kanak-kanak Dalam bahagian ini, kami memberikan gambaran keseluruhan tentang peranan miRNA dalam penyakit buah pinggang perkembangan, termasuk tumor CAKUT dan Wilms. CAKUT adalah antara bentuk kecacatan yang paling kerap berlaku semasa kelahiran, menjejaskan kira-kira 3–7 daripada 1000 kelahiran hidup (100). Gangguan perkembangan buah pinggang dan saluran kencing yang lebih rendah membawa kepada spektrum luas manifestasi klinikal yang diperhatikan dalam CAKUT, termasuk anomali buah pinggang (iaitu, agenesis buah pinggang, hipoplasia dan displasia buah pinggang, dan buah pinggang displastik multicystic), anomali ureteropelvik (iaitu, halangan simpang ureteropelvik), sistem pengumpulan dupleks, dan anomali pundi kencing dan uretra (101–103). Heterogenitas fenotip ini berkemungkinan disebabkan oleh interaksi kompleks antara faktor persekitaran genetik, epigenetik dan/atau pranatal yang mempengaruhi perkembangan buah pinggang dan saluran kencing yang lebih rendah, mengakibatkan CAKUT (101). Kebanyakan pengetahuan semasa kami tentang patogenesis CAKUT telah timbul daripada model tetikus dan bentuk sindrom CAKUT. Kajian ini telah membawa kepada pengenalpastian beberapa gen CAKUT, yang kebanyakannya terlibat dalam pembangunan buah pinggang awal, termasuk PAX2, SALL1, HNF1B, EYA1, GATA3, RET, WNT4, GDNF, SIX1, SIX2, dan lain-lain (101, 104, 105). Walau bagaimanapun, mutasi tunggal atau varian nombor salinan dalam gen pengekodan protein tidak menjelaskan majoriti kes CAKUT (~ 80%) (101, 106).

Seperti yang dinyatakan di atas, pengurangan miRNA matang dari keturunan sel yang berbeza dari buah pinggang yang sedang berkembang dalam model tetikus mengakibatkan keabnormalan buah pinggang yang meniru CAKUT manusia (73, 74, 78, 79). Selain itu, pemadaman garis germa MIR17HG, yang mengekod gugusan miR-17~92, menyebabkan sindrom Feingold jenis 2 pada manusia (107). Walaupun fenotip buah pinggang dalam pesakit sindrom Feingold jenis 2 dengan mutasi MIR17HG masih tidak ditentukan, kejadian 18% CAKUT telah dilaporkan dalam kes sindrom Feingold yang dikaitkan dengan mutasi MYCN (108, 109). Bersama-sama, pemerhatian ini mencadangkan bahawa mutasi dalam miRNA yang dinyatakan semasa pembangunan buah pinggang mungkin menyebabkan CAKUT pada manusia, terutamanya kerana banyak miRNA sangat dipelihara antara tikus dan manusia.

Untuk menguji hipotesis ini, satu kajian menyiasat 1248 pesakit dengan CAKUT bukan sindrom daripada 980 keluarga dan mencari mutasi di 96 kawasan gelung batang daripada 73 gen miRNA perkembangan buah pinggang (106). Dalam kohort ini, 31 individu dengan 17 varian nukleotida tunggal berbeza yang mempengaruhi 16 gen miRNA berbeza telah dikenal pasti. Antaranya, dua varian novel dalam miRNA didapati berpotensi patogen. MIR19B1 (ahli kelompok miR-17~92) dikaitkan dengan kehadiran agenesis buah pinggang kanan, dan MIR99A dikaitkan dengan refluks vesicoureteral yang teruk dan ptosis buah pinggang. Bilangan varian patogen calon yang sangat rendah ini sebahagiannya disebabkan oleh batasan kajian ini, kerana analisis hanya menyumbang mutasi dalam gen miRNA yang dimasukkan dalam pendekatan gen calon dan tidak mengesan variasi nombor salinan dan penyusunan semula DNA yang besar (106) .

Dalam pendekatan alternatif, segmen ureter daripada pesakit dengan pelbagai CAKUT dianalisis untuk ekspresi transkrip pembezaan melalui microarray, untuk kehadiran sasaran miRNA yang diramalkan secara bioinformatik, dan miRNA matang melalui qPCR (110). Dengan menggunakan pendekatan berbilang serampang ini, tujuh miRNA dikenal pasti dengan potensi peranan dalam CAKUT, dan antaranya, has-miR-144 telah meningkat dengan ketara pada pesakit dengan CAKUT. Analisis ontologi gen menunjukkan bahawa gen sasaran has-miR-144 yang diramalkan menyumbang kepada proses biologi yang terlibat dalam pembangunan CAKUT, termasuk pembangunan tiub (22 gen sasaran), pembangunan sistem urogenital (18 gen sasaran), pembangunan buah pinggang (14 gen sasaran) , dan perkembangan organ embrio (18 gen sasaran) (110).

Kajian lanjut diperlukan untuk menentukan mekanisme molekul yang mendasari peranan patogen miRNA dalam CAKUT. Penemuan daripada kajian sedemikian akan menjadi kritikal dalam meningkatkan penjagaan pesakit dengan CAKUT dan menghalang perkembangan mereka kepada CKD, menyediakan kaunseling genetik yang sesuai untuk pesakit dan keluarga mereka, dan membangunkan strategi terapeutik baru.