UMOD Dan Seni Bina Penyakit Buah Pinggang

Abstrak

Pengenalpastian faktor genetik yang berkaitan dengan risiko, permulaan, dan perkembanganpenyakit buah pinggangmempunyai potensi untuk memberikan pandangan mekanistik danperspektif terapeutik. Dalam masa kurang daripada dua dekad, kemajuan teknologi menghasilkan banyak maklumat mengenai seni bina genetikpenyakit buah pinggang yang kronik. Spektrum pengaruh genetik berjulat daripada varian jarang (ultra) dengan saiz kesan yang besar, terlibat dalam penyakit Mendelian, kepada varian biasa, selalunya bukan pengekodan dan dengan saiz kesan yang kecil, yang menyumbang kepada penyakit poligenik. Di sini, kami mengkaji semula paradigmaUMOD, pengekodan gen untuk uromodulin, untuk menggambarkan bagaimana protein khusus buah pinggang yang mempunyai kepentingan fisiologi utama terlibat dalam spektrum gangguan buah pinggang. Bidang penyiasatan baru ini menggambarkan kepentingan variasi genetik dalam patogenesis danprognosis penyakit, denganimplikasi terapeutik.

KLIK DI SINI UNTUK MENGETAHUI CISTANCHE UNTUK RAWATAN SAKIT BUAH PINGGANG

Dengan anggaran kelaziman global melebihi 10%, beban individu dan masyarakat yang tinggi, dan pilihan terapeutik yang terhad,penyakit buah pinggang yang kronik(CKD) adalah isu kesihatan awam yang utama. Walaupun pada peringkat awal, CKD dikaitkan dengan pelbagai komplikasi dan kesan buruk, dan ia merupakan faktor risiko utama untuk mempercepatkanpenyakit kardiovaskulardan penuaan [15]. Selama beberapa dekad, kekurangan pemahaman mekanistik tentang pelbagai fungsi yang dipastikan oleh buah pinggang memperlahankan perkembangan intervensi farmakologi yang menyasarkan CKD dan komplikasi yang berkaitan [10, 32].

Pengelompokan keluarga gangguan buah pinggang, kebolehwarisan parameter fungsi buah pinggang yang tinggi, dan kecenderungan pembolehubah strain haiwan inbred kepada kerosakan buah pinggang mendorong usaha kuat untuk menguraikan seni bina genetik penyakit buah pinggang [5, 15, 37, 60]. Penemuan genetik pertama dalam nefrologi ialah pemetaan penyakit buah pinggang polikistik dominan autosomal (ADPKD) pada tahun 1985 [51] dan pengenalpastian mutasi dalam COL4A5 yang menyebabkan sindrom Alport pada tahun 1990 [1]. Pengenalpastian gen yang terlibat dalam penyakit glomerular dan tubular klasik diikuti dengan cepat, termasuk sindrom nefrotik tahan steroid, cystinosis nefropati, penyakit Dent, sindrom Bartter dan Gitelman, diabetes insipidus nefrogenik, dan ADPKD [10]. Dalam tempoh kurang daripada dua dekad, kemunculan teknologi baharu termasuk penjujukan generasi akan datang (NGS) dan kajian persatuan seluruh genom (GWAS) membawa kepada pengenalpastian beratus-ratus gen yang menyebabkan gangguan buah pinggang yang diwarisi atau dikaitkan dengan metrik fungsi buah pinggang dan risiko CKD . Sebaliknya, pandangan ini meningkatkan pemahaman kita tentang proses yang beroperasi dalam segmen nefron normal dan berpenyakit, dengan itu menyediakan sasaran terapeutik baru [10, 60, 67]. Penemuan ini dapat dicapai hasil daripada kajian kolaboratif yang mengumpulkan keluarga yang mengalami gangguan jarang dan kohort berbilang etnik yang besar untuk penemuan varian genetik yang jarang ditemui dan biasa. Dalam ulasan ringkas ini, kami akan menggunakan paradigma variasi genetik dalam UMOD, pengekodan gen untuk uromodulin—protein yang paling banyak dalam buah pinggang dan dalam air kencing normal—untuk menggambarkan bagaimana pendekatan genetik berpotensi untuk menghasilkan pandangan tentang seni bina CKD. . Kajian ini melibatkan beberapa kohort Switzerland, daripada populasi normal hingga penyakit jarang berlaku, dan perkembangan teknologi yang disokong oleh Pusat Buah Pinggang Kecekapan Kebangsaan Switzerland. CH.

Spektrum kekerapan alel dan saiz kesan dalam penyakit

Sebaik sahaja pengaruh genetik pada aspek tertentu fungsi buah pinggang telah ditubuhkan, penyiasatan khusus boleh menguraikan seni bina genetik gangguan yang berkaitan dengan sifat tersebut. Tiga kriteria adalah penting apabila mempertimbangkan varian alel yang berkaitan dengan penyakit: (i) kekerapan varian dalam populasi; (ii) saiz kesan varian pada fenotip; dan (iii) bilangan varian genetik yang bertindak ke atas fenotip [52]. Kriteria ini secara klasik diwakili pada plot X-Y, dengan kelaziman varian genetik pada paksi-x dan magnitud saiz kesannya pada paksi-y (Rajah 1). Hubungan ini menggambarkan spektrum variasi alel, daripada varian jarang (ultra-) (frekuensi alel kecil< 1°/00) with large effect size, involved in Mendelian disorders, to common variants (frequency>5%), dengan saiz kesan kecil yang terlibat dalam gangguan poligenik biasa [34]. Varian genetik ini boleh dikenal pasti menggunakan teknologi baharu termasuk NGS dan GWAS, masing-masing. Varian semut kesan perantaraan, tidak ditangkap oleh GWAS tetapi boleh diterima oleh pendekatan penjujukan, diramalkan menjadi sebahagian daripada kontinum (Rajah 1). Kedua-dua kajian berasaskan populasi dan kohort penyakit jarang berlaku adalah penting untuk penemuan gen tersebut.

SKIPOGH dan CoLaus kohort: kebolehwarisan dan kajian GWAS

Dua kohort Switzerland berasaskan populasi memberikan sokongan yang tidak ternilai kepada kajian yang menyiasat kebolehwarisan parameter fungsi buah pinggang dan peranan variasi UMOD dalam CKD (Rajah 2).

Kajian CoLaus ("Cohorte Lausannoise") ialah kohort berasaskan populasi membujur yang dimulakan pada tahun 2003 di bandar Lausanne. Peserta CoLaus telah dipilih secara rawak daripada senarai lengkap penduduk Lausanne pada tahun 2003 [16]. Kriteria kemasukan ialah (i) persetujuan termaklum bertulis; (ii) umur 35–75 tahun; (iii) kesediaan untuk mengambil bahagian dalam peperiksaan dan menderma sampel darah; dan (iv) Asal-usul Kaukasia. Menjelang penghujung pengambilan pada tahun 2006, set data CoLaus asas termasuk 6538 peserta (kadar penyertaan: 34%). Para peserta pertama kali dilihat dari 2003 hingga 2006, kemudian diikuti dari 2009 hingga 2012, 2014 hingga 2017, dan 2018 hingga 2021. Pada keempat-empat lawatan itu, para peserta menghadiri pemeriksaan perubatan pagi di Hospital Universiti Lausanne selepas berpuasa semalaman, yang terdiri daripada pensampelan darah, penilaian ciri antropometrik, dan melengkapkan soal selidik kesihatan terperinci yang bertanya tentang faktor gaya hidup, sosioekonomi dan status perkahwinan, sejarah penyakit peribadi dan keluarga, serta pengambilan ubat [39]. Projek CoLaus termasuk satu siri "sub-kajian" yang bertujuan untuk meneroka hasil berkaitan kesihatan dan pendedahan alam sekitar yang khusus (https://www.colaus-psycolaus.ch/).

Rajah 1 Seni bina genetik penyakit: spektrum kekerapan alel dan saiz kesan. Varian dalam gen penting mungkin terlibat dalam kontinum antara penyakit jarang dan kompleks, mengikut kekerapan alel risiko dalam populasi (paksi-x) dan kekuatan saiz kesan (nisbah odds, paksi-y). Alel (Ultra) -rare boleh dikenal pasti dengan penjujukan generasi akan datang (NGS), manakala varian biasa boleh dikenal pasti menggunakan kajian persatuan seluruh genom (GWAS). Varian kesan saiz pengantara antara diramalkan akan melengkapkan dikotomi, dimanifestasikan sebagai penyakit Mendelian yang tidak menembusi sepenuhnya atau model oligo/poligenik yang mengubahsuai ekspresi penyakit. Rajah diadaptasi daripada Manolio et al. [34]

Rajah 2 Infografik yang meringkaskan reka bentuk kajian berasaskan populasi CoLaus dan SKIPOGH

Projek Buah Pinggang Switzerland mengenai Gen dalam Hipertensi (SKIPOGH) ialah kohort berasaskan keluarga dan populasi yang menyiasat penentu genetik dan persekitaran bagi fungsi buah pinggang dan tekanan darah. SKIPOGH ialah kajian membujur berbilang pusat dengan peserta yang direkrut di bandar Lausanne, dan kanton Geneva dan Bern [46, 49]. Pada permulaan, subjek yang layak dipilih secara rawak daripada kajian CoLaus berasaskan populasi di Lausanne dan daripada kajian Bus Santé berasaskan populasi di Geneva [26]. Di Bern, subjek dipilih secara rawak menggunakan direktori telefon cantonal. Kriteria kemasukan ialah (i) persetujuan termaklum bertulis; (ii) umur minimum 18 tahun; (iii) keturunan Eropah; dan (iv) sekurang-kurangnya seorang, dan sebaik-baiknya tiga, ahli keluarga ijazah pertama bersedia untuk mengambil bahagian dalam kajian ini. Kadar penyertaan ialah 20% di Lausanne, 22% di Geneva, dan 21% di Bern. Gelombang SKIPOGH pertama berlaku antara 2009 dan 2013 (garis dasar: SKIPOGH 1), manakala gelombang kedua bermula pada 2012 dan berakhir pada 2016 (susulan: SKIPOGH 2). SKIP-OGH 1 termasuk 1128 peserta yang datang daripada 273 keluarga nuklear. Pada kedua-dua gelombang, peserta kajian menghadiri lawatan perubatan pagi selepas berpuasa semalaman, yang termasuk pensampelan darah, pengimejan buah pinggang, penilaian jantung, dan biobanking. Peserta melengkapkan soal selidik terperinci tentang sejarah perubatan mereka, pengambilan ubat, faktor gaya hidup dan ciri sosioekonomi (http://www.skipo gh.ch/index.php/Welcome_to_the{{ 24}}SKIPOGH_kaji!).

Menganggarkan sumbangan relatif pengaruh genetik dan persekitaran terhadap parameter fungsi buah pinggang dan paras serum dan elektrolit air kencing adalah prasyarat untuk kajian yang bertujuan untuk mengenal pasti gen yang terlibat dalam fungsi buah pinggang. Terima kasih kepada penggunaan protokol piawai merentasi beberapa pusat, kebolehwarisan (iaitu, perkadaran varians sifat tertentu yang dijelaskan oleh kesan genetik) anggaran kadar penapisan glomerular (eGFR) serta kepekatan serum dan air kencing, pembersihan buah pinggang, dan perkumuhan pecahan elektrolit utama boleh dianalisis dalam kohort SKIPOGH berasaskan keluarga [37]. Anggaran kebolehwarisan yang tinggi diperhatikan untuk GFR yang dianggarkan menggunakan CKD EPI Eq. (46±6%), kreatinin serum (49±6%), cystatin C CKD-EPI (58±5%), dan urea serum (49±6%). Kebolehwarisan kepekatan serum adalah tertinggi untuk kalsium, 37%, dan terendah untuk natrium, 13%. Semua nilai kebarangkalian adalah penting. Keputusan ini memberikan asas untuk penyiasatan lanjut mengenai asas genetik fungsi buah pinggang dan homeostasis elektrolit dalam populasi umum.

Sebagai tambahan kepada kajian kebolehwarisan, data daripada peserta SKIPOGH dan/atau kohort CoLaus dimasukkan ke dalam GWAS yang mengenal pasti lokus baharu untuk fungsi buah pinggang dan CKD [70], pengeluaran dan perkumuhan uromodulin [29, 40], albuminuria [58, 59]. ], paras urat serum [61], homeostasis magnesium dan kalsium [6, 7], dan osmoregulasi [3].

Varian UMOD dalam GWAS untuk fungsi buah pinggang dan CKD

Kajian perkaitan seluruh genom ialah alat yang berguna dan tidak berat sebelah untuk mendedahkan kawasan genom ("loci") yang dikaitkan dengan parameter fungsi buah pinggang dan risiko CKD. Biasanya, GWAS memerlukan saiz sampel yang besar, menghasilkan signifikan genom-lebar (nilai P<5× 10−8) variants that are common and associated with a relatively small increase in disease risk [69]. The largest GWAS in the field of nephrology addressed traits like the eGFR based on serum creatinine (eGFRcrea) [13, 69, 70]. As discussed above, there is a strong genetic predisposition to CKD, as the heritability of the eGFR is close to 50% [37]. The largest and most recent GWAS for eGFR identifed>250 lokus genetik dan menjelaskan hampir 20% daripada kebolehwarisan itu [70]. Antaranya, varian dalam lokus UMOD memaparkan saiz kesan terbesar pada eGFR dan CKD [70]. Kesan ini dianggap dikaitkan dengan ekspresi uromodulin yang didorong secara genetik (lihat di bawah), adalah konsisten merentasi kumpulan etnik yang berbeza dan juga diperhatikan untuk ciri membujur termasuk penurunan pesat eGFR [23].

Lokus UMOD termasuk polimorfisme nukleotida tunggal (SNP; cth, rs12917707 dan rs4293393) yang berada dalam ketidakseimbangan pautan lengkap (LD) dalam blok besar yang merangkumi penganjur gen. Untuk SNP ini, alel "risiko" ialah alel sepunya, dengan frekuensi antara 0.765 dan 0.955 [65]. Secara kritis, varian promoter UMOD dikaitkan dengan ekspresi uromodulin dalam buah pinggang dan parasnya dalam air kencing dan darah. Malah, pembawa homozigot alel risiko UMOD mempunyai tahap uromodulin dua kali ganda lebih tinggi dalam air kencing, berbanding dengan pembawa homozigot alel pelindung (kecil) [29, 40, 64]. GWAS terbaru untuk eGFR mengenal pasti isyarat bebas yang kuat dalam PDILT, gen yang mengapit UMOD pada kromosom 16 [70]. Yang menarik, varian intronik PDILT rs77924615 dikaitkan dengan tahap kencing uromodulin, tetapi tidak dengan ekspresi PDILT, menunjukkan bahawa ia mengawal ekspresi uromodulin [70]. Hipotesis ini disokong oleh persatuan bebas rs77924615 dengan tahap uromodulin kencing dalam dua meta-GWAS [29, 40]. Kemungkinan hubungan antara ekspresi uromodulin, yang telah disahkan secara eksperimen untuk varian UMOD-PDILT, dan transkrip lain yang dikaitkan dengan varian dalam lokus yang sama belum diterokai [31].

Lokus UMOD juga telah dikaitkan dengan hipertensi dan kejadian penyakit kardiovaskular [44], batu karang [25], dan gout/asid urik [25, 61], mengukuhkan kepentingannya untuk satu set penyakit biasa. Dalam GWAS ini, alel UMOD yang dikaitkan dengan ekspresi/paras uromodulin yang lebih tinggi dikaitkan dengan peningkatan risiko CKD, hipertensi, dan hiperuricemia, sedangkan ia melindungi daripada batu karang [11, 53].

Perkaitan biologi lokus UMOD untuk CKD

Perkaitan lokus UMOD GWAS berhubung dengan fungsi buah pinggang adalah serta-merta, kerana UMOD ialah pengekodan gen khusus buah pinggang untuk uromodulin, protein paling banyak yang dinyatakan dalam buah pinggang dan dikumuhkan dalam air kencing biasa [11, 13, 53]. Uromodulin terutamanya dihasilkan oleh anggota badan menaik tebal (TAL) gelung Henle dan, pada tahap yang lebih rendah (kira-kira 10%) dalam segmen awal tubul berbelit distal (DCT) [63]. Uromodulin ialah protein berlabuh glycosylphosphatidylinositol (GPI) kepunyaan keluarga protein domain zona pellucida (ZP) (Rajah 3). Protein sangat terglikosilasi (30% daripada Mw) dan ia mengandungi 48 sisa sistein terpelihara yang terlibat dalam 24 ikatan disulfida intramolekul yang diperlukan untuk lipatan yang betul. Uromodulin mengandungi empat domain seperti faktor pertumbuhan epidermis (EGF), domain kaya sistein (D8C), dan domain ZP bipartit yang membenarkan pempolimeran protein. Dalam sel TAL, uromodulin monomerik terikat membran apikal dibelah oleh hepsin protease serine di tapak belahan terpelihara yang terletak berhampiran terminal C protein [4, 42]. Pembelahan membenarkan pempolimeran uromodulin ekstraselular ke dalam filamen membentuk struktur seperti matriks dalam air kencing, konstituen utama tuangan air kencing [56]. Baru-baru ini, struktur tiga dimensi (3D) polimer uromodulin kencing asli diperolehi oleh tomografi cryo-elektron, menunjukkan tulang belakang berbentuk zigzag yang dibentuk oleh domain ZP terpolimer dan lengan yang menonjol terdiri daripada domain EGF dan D8C [68]. Pemetaan N-glikosilasi, ujian biofizik, dan pengimejan mendedahkan bahawa uromodulin mengikat Escherichia coli jenis 1 pilus adhesin dan filamen uromodulin dikaitkan dengan uropatogen dan menengahi pengagregatan bakteria, yang berpotensi menghalang lekatan dan menggalakkan pembersihan patogen [68]. Kajian terkini juga menjelaskan peraturan perkumuhan uromodulin dalam air kencing, termasuk peranan yang dimainkan oleh reseptor pengesan kalsium [62] dan keratin jenis 1 KRT40 [29], dan aktiviti proses pengangkutan yang beroperasi dalam TAL [50]. , 54, 62].

Jika sebahagian besar uromodulin disasarkan secara apikal untuk membentuk polimer tersusun dalam air kencing, perlu diperhatikan bahawa uromodulin juga dikesan dalam bentuk monomerik dalam serum, pada tahap yang sekurang-kurangnya 100-kali ganda lebih rendah daripada dalam air kencing. [11, 53]. Mekanisme yang mengawal selia pemerdagangan basolateral uromodulin dan pelepasannya ke dalam interstitium dan seterusnya ke dalam peredaran kekal pada asasnya tidak diketahui. Meta-GWAS baru-baru ini bagi uromodulin yang beredar menggunakan kaedah pengesanan berbeza mendedahkan bahawa varian missense (p.Cys466Arg) dalam enzim uromodulin-glycosylating B4GALNT2 adalah alel kehilangan fungsi yang membawa kepada paras uromodulin serum yang lebih tinggi, manakala lokus lain mempengaruhi glikosilasi. uromodulin yang beredar [33]. Pandangan semasa ialah uromodulin interstisial boleh bercakap silang dengan sel tubul proksimal, menyumbang kepada mengawal imuniti semula jadi, manakala uromodulin yang beredar boleh bertindak sebagai anti-oksidan [53].

Kajian dalam tikus uromodulin knock-out (Umod−/−) telah memberikan pandangan utama tentang peranan uromodulin dan kaitannya untuk pelbagai proses yang beroperasi di buah pinggang. Penerangan terperinci tentang peranan ini disediakan dalam ulasan terkini [11, 53]. Secara ringkas, polimer uromodulin dalam air kencing melindungi daripada pembentukan batu karang dan jangkitan saluran kencing (UTI); uromodulin mengawal sistem pengangkutan natrium dalam TAL dan DCT, dengan itu mengawal tekanan darah dan keupayaan menumpukan air kencing; ia menstabilkan saluran TRPV5, TRPV6 dan TRPM6, sekali gus meningkatkan aktiviti mereka dalam DCT. Sebilangan kecil uromodulin yang dikeluarkan dari sisi basolateral sel TAL ke dalam interstitium boleh mengawal proses dalam sel tubul proksimal jiran dan menyumbang kepada tindak balas semula jadi, contohnya, dengan mengawal kelimpahan dan aktiviti fagosit mononuklear penduduk, atau memasuki peredaran dan bertindak sebagai molekul antioksidan [53]. Semua proses ini adalah relevan apabila mempertimbangkan permulaan CKD, kecederaan tubulointerstitial, dan komplikasi yang timbul daripada kegagalan buah pinggang.

Rajah 3 Tapak pengeluaran dan struktur uromodulin. Uromodulin terutamanya dihasilkan oleh sel-sel yang melapisi anggota menaik tebal (TAL), segmen yang terlibat dalam penyerapan semula NaCl dan kation divalen, sementara tidak telap kepada air. Uromodulin ialah protein berlabuh glycosylphosphatidylinositol (GPI) yang mengalir ke membran apikal sel, di mana ia dibelah oleh hepsin protease serin dan dilepaskan dalam air kencing di mana ia membentuk polimer besar. Polimer ini membentuk matriks tuangan air kencing. Struktur uromodulin yang diramalkan mengandungi peptida pemimpin (L); empat domain seperti EGF (I hingga IV); domain D8C yang kaya dengan sistein; domain Zona Pellucida terminal C dwipartit (ZP_N dan ZP_C) disambungkan oleh pemaut; dan tapak penambat GPI pada kedudukan 614. Tujuh tapak N-glikosilasi ditunjukkan oleh segi tiga. Rajah disesuaikan daripada Devuyst et al. [11, 12]

The association of uromodulin expression levels with kidney damage was substantiated in a transgenic mouse model overexpressing wild-type uromodulin, mimicking the situation observed in carriers of the risk UMOD haplotype [65]. The transgenic Umod mice displayed a dose-dependent increase in systolic blood pressure, with salt-sensitive hypertension. Although kidney function remained normal, aging kidneys from the Umod transgenic mice showed focal lesions (e.g., tubular casts, cysts) and increased expression of kidney damage markers (e.g., lipocalin-2, Kim-1) and chemokines, that were not detected in the kidneys of control littermates. Similar focal lesions were evidenced in kidney biopsies from individuals aged>65 tahun homozigot untuk risiko haplotip UMOD, berbanding individu homozigot untuk varian perlindungan [65]. Bersama-sama, keputusan ini menunjukkan bahawa, dalam subjek yang membawa alel risiko UMOD, pengeluaran uromodulin yang lebih tinggi yang didorong secara genetik menjadi merosakkan dari semasa ke semasa, menggalakkan permulaan CKD. Kesan buruk pengeluaran uromodulin yang lebih tinggi dalam buah pinggang mungkin disebabkan oleh peningkatan permintaan metabolik, pengaktifan kronik sistem penyerapan semula garam, atau kecacatan pada lumen tubulus distal atau dalam peredaran, menjelaskan mengapa lokus ini dikaitkan dengan umur yang kuat- kesan [11, 13]. Daripada nota, varian risiko UMOD yang dikaitkan dengan tahap uromodulin yang lebih tinggi juga dikaitkan dengan NKCC2 yang diaktifkan, dan dengan itu tindak balas yang lebih tinggi kepada furosemide [65]. Percubaan klinikal yang menguji potensi pengaruh varian UMOD ini terhadap tindak balas terhadap diuretik gelung dalam individu dengan hipertensi sedang dijalankan (Clinical Trials.gov Identifier: NCT03354897).

Perkhidmatan Sokongan:

E-mel:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Kedai:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop