Penyelidikan Cistanche: Modulator Epigenetik Farmakologi Fosfatase Beralkali dalam Penyakit Buah Pinggang Kronik Bahagian 2

klikDi siniuntuk Bahagian 1

PERATURAN EPIGENETIK DARIFOSPHATASE BERALKALI

Istilah Epigenotype telah dicipta pada tahun 1942 oleh Waddington yang menyimpulkan bahawa antara genotip dan fenotip terletak keseluruhan kompleks proses pembangunan'[84]. Definisi moden bagiepigenetiktermasuk pengubahsuaian DNA dan protein yang berkaitan, tidak melibatkan perubahan pada urutan DNA asas, yang dipengaruhi oleh persekitaran dan dikekalkan semasa pembahagian sel yang menyebabkan perubahan yang stabil dalam ekspresi gen [85&]. Yang utamaepigenetikFaktor-faktor ialah metilasi DNA, perubahan histon pasca translasi, dan struktur kromatin peringkat tinggi. Pengubahsuaian pasca translasi histon memberi kesan kepada struktur kromatin, kebolehcapaian dan pengambilan jentera transkripsi untuk menentukan sama ada gen dihidupkan atau dimatikan. Pengubahsuaian dinamik ini mengatur tindak balas selular kepada rangsangan alam sekitar, perkembangan atau metabolik melalui pengubahsuaian transkriptom. Walau bagaimanapun,epigenetikboleh mendasari ekspresi gen yang tidak terkawal dalam keadaan penyakit termasuk kanser [86] dan proses keradangan patologi [87]. Enzim atau protein yang menjana atau berinteraksi denganepigenetikpengubahsuaian boleh diklasifikasikan sebagai penulis, pemadam atau pembaca, bergantung pada sama ada ia menambah, mengalih keluar atau mengiktiraf pengubahsuaian pascaterjemahan (Rajah 3).

RAJAH 3. Kromatin terdiri daripada DNA dan protein yang menjana struktur padat yang penting untuk pembungkusan dan kestabilan kromosom eukariotik. Komponen protein utama ialah histon, di mana DNA dililit untuk membentuk nukleosom.Epigenetikmelibatkan pengubahsuaian kovalen kepada kromatin yang tidak menjejaskan jujukan DNA asas. Pengubahsuaian kovalen kepada kromatin memberi kesan kepada kedua-dua struktur kromatin dan pengambilan kompleks transkripsi yang, sebenarnya, menghidupkan atau mematikan gen. Dinamik iniepigenetikpengubahsuaian dijalankan dengan menambah (menulis) dan mengalih keluar (memadamkan) pengubahsuaian selepas terjemahan, diikuti dengan 'membaca', yang menentukan ekspresi gen dan tindak balas fenotip akhirnya.

Asetilasi histon

Asetilasi histon dikaitkan dengan struktur kromatin terbuka, kebolehcapaian untuk pengikatan faktor transkripsi, dan transkripsi aktif [88&]. Histon kesan asetilasiberalkaliekspresi fosfatase. Perencat deacetylase histon (HDACi) meningkatkan asetilasi kromatin. In vitro, ungkapan yang disebabkan oleh HDACiberalkalifosfatase-L menggalakkan pembezaan osteogenik sel stem mesenchymal manusia [89]. Secara mekanikal, asetilasi histon telah dikaitkan dengan peraturan protein morfogenetik tulang, isyarat WNT, dan induksi RUNX2 [90]. Sama ada asetilasi memberi kesan secara langsung kepada penganjurberalkalifosfataseEkspresi -L ialah bidang penyelidikan yang berterusan.

Kajian metilasi DNA telah menunjukkan bahawaberalkalifosfatase-L promoter A1E sangat metilasi [91]. Delgado-Calle et al. [92], menunjukkan bahawa metilasi DNA mempunyai peranan penting dalam modulasiberalkalifosfataseekspresi dalam sel seperti osteoblas manusia. Mereka menunjukkan hubungan songsang antara status metilasi pulau CpG menjangkau dari -579 hingga þ836 bp daripadaberalkalifosfatasegen termasuk rantau promoter, yang membayangkan ituepigenetikkawal selia oleh demetilasi DNA dipertingkatkan dengan kuatberalkalifosfataseekspresi dan aktiviti [92]. Dalam VSMC, kedua-dua nanokristal fosfat dan hidroksiapatit memodulasi metilasi DNA, yang mengakibatkan peningkatan aktiviti fosfatase alkali dan induksi fenotip seperti osteoblas [93,94]

Cistanche boleh mengelakkan penyakit buah pinggang kronik.

MikroRNA

RNA bukan pengekodan panjang danmikroRNAadalah juga kunciepigenetikfaktor-faktor yang terlibat dalam peraturan gen selepas transkripsi [77,95&]. ThemikroRNAialah molekul RNA untai tunggal bukan pengekodan kecil, kira-kira 18–25 nukleotida, yang menghalang sintesis protein dengan mengikat kepada 30- kawasan mRNA yang tidak diterjemahkan untuk menyekat terjemahan protein dan/atau memodulasi kestabilan mRNA. Telah dianggarkan, melalui ramalan pengiraan, bahawa lebih daripada 50 peratus daripada semua gen pengekodan protein manusia berpotensi dikawal olehmikroRNA[96]. Mengawal tulangmikroRNAmemainkan peranan penting dalam pembezaan osteogenik dan laluan isyarat yang terlibat dalam osteogenesis [77,95&,97,98]. Faktor transkripsi utama Runx2 dan Osx dikurangkan oleh banyakmikroRNAdalam sel mesenchymal pluripotent untuk menekan fenotip tulang dalam sel dan tisu nonosseous [77,99].

BeberapamikroRNAtelah didapati menyekat dan menggalakkan laluan isyarat berbeza yang berkaitan dengan pembezaan osteogenik [95&,100&]. Mengurangkan ekspresi mRNA untuk kolagen I,beralkalifosfatase, dan osteocalcin telah ditemui semasa mengekspresikan miR secara berlebihan- 375, dengan itu mencadangkan bahawa miR-375 boleh menyekat pembezaan osteogenik dengan menyasarkan Runx2 [101]. Ekspresi berlebihan miR-133a-5p juga telah dilaporkan menghalangberalkalifosfataseekspresi dan mineralisasi melalui penyasaran Runx2 [102]. Li et al. [103], menunjukkan bahawa miR-216menggalakkan pembezaan osteoblas dan meningkatkan pembentukan tulang.

PENSASARAN INTERVENSI EPIGENETIK FARMAKOLOGIFOSPHATASE BERALKALI

MikroRNA

Memandangkan ekspresi fosfatase alkali yang ada di mana-mana, peranan utamanya dalam biomineralisasi, dan insiden tinggikalsifikasi vaskularpada pesakit dengankronikbuah pinggangpenyakit, adalah munasabah untuk meneroka farmakologiepigenetikmodulasi alkali fosfatase sebagai langkah terapeutik yang berpotensi bertujuan untuk mencegah komplikasi kardiovaskular dalamkronikbuah pinggangpenyakit[9& ]. Bukti terkini menunjukkan bahawamikroRNAdinyahkawal selia dalamkronikbuah pinggangpenyakit-gangguan mineral dan tulang [104]. Kajian eksperimen menyokong konsep bahawamikroRNAadalah sasaran yang berpotensi untuk diperbaikikalsifikasi vaskular[100& ]. Menurut miRBase versi 22, urutan 2656 manusia matangmikroRNAtelah dikatalogkan setakat ini [105]. Oleh itu, adalah tugas yang mencabar untuk memasukkan sebahagian besar daripadamikroRNAyang telah disiasat selama bertahun-tahun dalam ulasan ini. Walau bagaimanapun, data terkini menunjukkan bahawa kalsifikasi aorta yang disebabkan oleh fosfat mencetuskan modulasi miRNA dengan mengawal selia miR-200c, miR-155 dan miR-322, manakala miR-708 dan miR{{ 5}} telah dikurangkan [106& ]. Lain-lainmikroRNAyang terlibat dalamkalsifikasi vaskular, oleh itu sasaran rawatan yang berpotensi, ialah miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 dan miR-762 [107]. Kebanyakan mikroRNA ini menyasarkan dua faktor transkripsi utama Runx2 dan Osx yang mempengaruhi aktiviti fosfatase TNalkali dan biomineralisasi. Tidak dinafikan,mikroRNAmempunyai peranan penting dalam mengawal selia perkembangankalsifikasi vaskular; bagaimanapun, kelimpahan yang tinggi daripadamikroRNAmemerlukan kajian meluas epigenome berskala besar untuk mengeksploitasi sepenuhnya potensiepigenetikperaturan olehmikroRNAuntuk pendekatan terapeutik baru untuk memperbaikikalsifikasi vaskular.

Bromodomain dan perencatan terminal tambahan Bromodomain dan protein terminal tambahan (BET) BRD2, BRD3, BRD4, dan BRDT adalah pembaca kromatin yang bukan sahaja mengikat lisin asetilasi pada ekor histon dan faktor transkripsi melalui bromodomain 1 dan 2 tetapi juga merekrut jentera transkrip untuk mengawal ekspresi gen [108]. Inhibitor BET (BETi) menyekat interaksi protein BET dengan histon asetilasi atau faktor transkripsi untuk memberi kesan kepada ekspresi gen sasaran [88&].Apabetaloneialah BETi yang boleh didapati secara lisan dalam pembangunan klinikal untuk rawatankardiovaskular penyakit. Ia lebih disukai mengikat bromodomain 2 dalam protein BET (Rajah 4), yang membezakannya daripada pan-BETi yang menyasarkan bromodomain 1 dan 2 dengan pertalian yang sama [109]. Dalam ujian klinikal,apabetalonerawatan mengurangkan kejadian jantung buruk utama (MACE) pada pesakit dengankardiovaskularpenyakitdan dikaitkan dengan 44 peratus pengurangan risiko relatif di atas standard penjagaan [110&]. Pengurangan MACE mengikut abjad sahaja dikaitkan dengan pengurangan serum alkali fosfatase, bebas daripada faktor risiko kardiovaskular tradisional dan keradangan [111&]. Kajian menunjukkan ubat ini secara serentak memodulasi faktor yang menggalakkan penstabilan plak aterosklerotik dan pengurangan MACE. Kolesterol HDL meningkat [110&,112], manakala lata pelengkap, tindak balas fasa akut, dan mediator keradangan vaskular telah ditindas [113,114].

RAJAH 4. Asetilasi kromatin ialah pengubahsuaian epigenetik yang dikaitkan dengan struktur kromatin terbuka dan transkripsi aktif. Bromodomain dan protein terminal tambahan ialah 'pembaca kromatin' yang mengikat lisin asetilasi pada histon atau faktor transkripsi melalui dua bromodomain tandem 1 dan 2 dan merekrut jentera transkrip (cth. faktor pemanjangan transkripsi positif dan polimerase RNA II) untuk memacu ekspresi bromodomain dan sensitif terminal tambahan gen.Apabetaloneialah perencat molekul kecil bromodomain dan bromodomain terminal tambahan yang boleh didapati secara lisan yang menyebabkan bromodomain dan pembebasan protein terminal tambahan daripada kromatin dan, sebagai akibatnya, menurunkan regulasi bromodomain dan transkripsi gen sensitif terminal tambahan.Apabetalonelebih suka menyasarkan bromodomain 2 (diwakili oleh halo kuning), satu ciri yang membezakannya daripada pan-bromodomain dan perencat terminal tambahan yang mengikat bromodomain 1 dan 2 dengan pertalian yang sama.

Dalamkronikbuah pinggangpenyakitpesakit yang mempunyai sejarahkardiovaskularpenyakit, rawatan abjad sahaja bertambah baikfungsi buah pinggangdan mengurangkan tahap peredaran alkali fosfatase [115]. Secara mekanikal,apabetalonedikurangkanberalkalifosfataseekspresi dalam hepatosit manusia primer dan VSMC [116&], dan sebagai akibatnya, mengurangkan tahap protein TNalkali fosfatase dan aktiviti enzimatik. Perencat molekul kecil bagiberalkalifosfatasetelah dinilai sebagai terapeutik untukkalsifikasi vaskular[14] bagaimanapun,apabetalonemungkin molekul peringkat klinikal pertama yang diubah suaiberalkalifosfatasepengeluaran. secara in vitro,apabetalonekalsifikasi menentang VSMC yang dibiakkan dalam keadaan osteogenik melalui anepigenetikmekanisme yang melibatkan BRD4 yang menindas induksi gen procalcific, termasuk RUNX2 dan alkalifosfatase[116& ].

Satu dos daripadaapabetalonedalamkronik buah pinggangpenyakitpesakit peringkat 4-5 dengan cepat mengakibatkan pengurangan banyak sitokin radang, termasuk IL-6 [2]. Dalam kajian yang sama, profil proteomik lebih daripada 1300 protein plasma meramalkan beberapa laluan imun dan keradangan telah diaktifkan pada pesakit yang mengalami gangguanbuah pinggangfungsi, termasuk faktor nuklear-kB (NF-kB), IL-6 atau isyarat protein morfogenetik tulang. Laluan kanonik ini telah dikurangkan dengan satu dos apabetalone, yang akan memberi kesan yang baik kepada perkembangan kerosakan buah pinggang dan berkaitan.kalsifikasi vaskular.

Cistanche boleh bertambah baikfungsi buah pinggang.

Bromodomain dan perencatan terminal tambahan dalam gangguan tulang metabolik: implikasi untuk osteodystrophy buah pinggang

Model praklinikal yang berbeza bagi penyakit tulang metabolik telah menunjukkan bahawa BETi tidak mengurangkan struktur tulang atau sifat mekanikal, dan sebaliknya boleh meningkatkan jumlah tulang dan memulihkan kekuatan mekanikal [117-120]. Kajian ini menunjukkan bahawa kesan berfaedah BETi pada gangguan tulang berpunca daripada kesan anti-radang, sertaepigenetikmodulasi faktor utama dalam pembentukan semula tulang, termasuk TN-beralkalifosfatase. N-methyl pyrrolidone (NMP) ialah eksipien ubat yang diluluskan oleh Pentadbiran Makanan dan Dadah AS yang dikenal pasti sebagai BETi bioaktif [121]. Kajian dengan NMP dalam model praklinikal degenerasi tulang telah meletakkan BETi sebagai strategi farmakologi untuk pencegahan atau rawatan penyakit tulang yang dicirikan oleh penyerapan tulang yang berlebihan. Banyak kajian telah menunjukkan BETi menindas tindak balas keradangan yang dimediasi oleh TNFa dan NF-kB [3,122-124]. NMP menggalakkan pertumbuhan tulang bermineral yang disekat oleh TNFa dan memulihkan ekspresi gen osteoblastik penting yang menghalang TNFa, termasukberalkalifosfatase, RUNX2 dan SP7/Osterix [125]. Di samping itu, NMP menggalakkan pertumbuhan semula tulang dengan meningkatkan isyarat BMP2 dalam osteoblas [126] dan menghalang pembezaan osteoklas untuk melemahkan penyerapan tulang yang disebabkan oleh pengaktif reseptor ligan NF-kB [127]. NMP telah ditunjukkan untuk meningkatkan daya maju osteoblas semasa hipoksia dan mengatasi pengurangan pengawalseliaan pengantara hipoksia bagi gen utama yang terlibat dalam mineralisasi, termasukberalkalifosfatase[128]. Secara mekanikal, rawatan NMP adalah pelindung dalam mengekalkan pembezaan osteoblast semasa hipoksia sebahagiannya dengan menghalang isyarat NF-kB. NMP memelihara ketumpatan mineral tulang dan kualiti tulang dalam tikus yang diovariektomi [121], pada asasnya memperbaiki osteoporosis yang disebabkan oleh kekurangan estrogen. Keputusan telah disahkan dalam kajian serupa menggunakan N, N-dimethylacetamide [127], atau BETi JQ1 yang lebih kuat, di mana rawatan membalikkan kehilangan tulang yang disebabkan oleh kekurangan estrogen [117]. Data ini membayangkan bahawa terapi BETi boleh meningkatkan jisim tulang dan meningkatkan pusing ganti tulang dalam gangguan tulang radang dan berpotensi dalamkronikbuah pinggangpenyakit.

KESIMPULAN

Beredar alkali fosfatase adalah penanda risiko yang teguh dan bebas untukkardiovaskularpenyakitdan kematian dalam populasi umum dankronikbuah pinggangpenyakit. Ekspresi alkali fosfatase di mana-mana dan penglibatannya dalam beberapa proses patofisiologi yang berkaitan dengankardiovaskularpenyakit, penyakit tulang,kronikbuah pinggangpenyakitperkembangan, dan disfungsi kognitif menjadikannya sesuai untuk pelbagai faktorepigenetikcampur tangan. Keputusan positif dari kajian klinikal dengan novel BETiapabetalonemelibatkan peranan untuk fosfatase alkali sebagai sasaran rawatan kardiovaskular novel yang mungkin. Kajian eksperimen dengan BET tambahan ialah danmikroRNAmencadangkan potensi terapeutik yang lebih luas untukepigenetikmodulasi alkali fosfatase. Penyelidikan lanjut diperlukan untuk menetapkan secara muktamad alkali fosfatase sebagai tahap sasaran rawatan klinikal dan untuk menjelaskan kesan menurunkan serum alkali fosfatase ke arah tahap sasaran tertentu pada hasil klinikal.

Ucapan terima kasih

PM disokong oleh geran ALF Wilayah O¨stergo¨tland, Sweden. KK-Z. disokong oleh geran NIDDK R01- DK095668 dan K24-DK091419 serta geran dermawan daripada Encik Harold Simmons, Encik Louis Chang, Dr. Joseph Lee dan AVEO.

Sokongan kewangan dan tajaan

tiada.

Konflik kepentingan

MH ialah ahli lembaga penasihat klinikal buah pinggang Resverlogix Inc. dan pekerja Diaverum Sweden, AB. Beliau telah menerima perundingan dan penghormatan penceramah daripada Resverlogix dan Amgen. DG dan EK adalah kakitangan Resverlogix. KK-Z. ialah ahli lembaga penasihat klinikal buah pinggang Resverlogix. PM tidak mempunyai konflik kepentingan berkaitan artikel ini.

RUJUKAN DAN CADANGAN BACAAN

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Penyakit buah pinggang yang kronik: model klinikal penuaan pramatang. Am J Kidney Dis 2013; 62:339–351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM, et al.Penyakit buah pinggang yang kronikdan penuaan pramatang. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732–742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C, et al. Faedah daripadaapabetalonepada protein plasma dalam penyakit buah pinggang. Perwakilan Int Buah Pinggang 2018; 3:711–721.

4. Millan J. Mamaliaalkali fosfatase: daripada biologi kepada aplikasi dalam perubatan dan bioteknologi. Weinheim: Wiley; 2006.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Multisystemic functions offosfatase alkali. Kaedah Mol Biol 2013; 1053:27–51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Kuantiti larut dan rangkaalkali fosfatase, dan tidak larutalkali fosfataseaktiviti anchor-hydrolase dalam serum manusia. Clin Chim Acta 2001; 311:137–148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. rangkaalkali fosfataseaktiviti terutamanya dilepaskan daripada osteoblas manusia dalam bentuk yang tidak larut, dan pelepasan bersih dihalang oleh kalsium dan faktor pertumbuhan rangka. Calcif Tissue Int 1998; 62:332–340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Taburan tulang manusia yang berbezaalkali fosfataseisoform dalam serum dan ekstrak tisu tulang. Clin Chim Acta 2002; 325:59–70.