Cistanche Research: Farmakologické epigenetické modulátory alkalické fosfatázy u chronického onemocnění ledvin, část 2

KlikněteTadypro část 1

EPIGENETICKÁ REGULACEALKALICKÁ FOSFATAZA

Termín epigenotyp zavedl v roce 1942 Waddington, který dospěl k závěru, že mezi genotypem a fenotypem leží celý komplex vývojových procesů“[84]. Moderní definiceepigenetikazahrnuje modifikace DNA a souvisejících proteinů, které nezahrnují změny základní sekvence DNA, které jsou ovlivněny prostředím a udržované během buněčného dělení, které způsobují stabilní změny v genové expresi [85•]. Hlavníepigenetickéfaktory jsou metylace DNA, posttranslační změny histonů a struktura chromatinu vyššího řádu. Posttranslační modifikace histonů ovlivňují strukturu chromatinu, dostupnost a nábor transkripčních mechanismů, které určují, zda jsou geny zapnuty nebo vypnuty. Tyto dynamické modifikace organizují buněčné reakce na environmentální, vývojové nebo metabolické stimuly prostřednictvím modifikace transkriptomu. Nicméně,epigenetikamůže být základem dysregulované genové exprese u chorobných stavů včetně rakoviny [86] a patologických zánětlivých procesů [87]. Enzymy nebo proteiny, které vytvářejí nebo s nimi interagujíepigenetickéalterace lze klasifikovat jako zapisovače, gumy nebo čtenáře v závislosti na tom, zda přidávají, odebírají nebo rozpoznávají posttranslační modifikaci (obr. 3).

OBRÁZEK ​​3. Chromatin se skládá z DNA a proteinů, které vytvářejí kompaktní strukturu kritickou pro balení a stabilitu eukaryotických chromozomů. Primárními proteinovými složkami jsou histony, kolem kterých je navinuta DNA za vzniku nukleozomu.Epigenetikazahrnuje kovalentní modifikace chromatinu, které neovlivňují základní sekvenci DNA. Kovalentní modifikace chromatinu ovlivňují jak strukturu chromatinu, tak nábor transkripčních komplexů, které ve skutečnosti zapínají nebo vypínají geny. Tyto dynamickéepigenetickémodifikace se provádějí přidáním (zapsáním) a odstraněním (vymazáním) posttranslačních modifikací, následovaným „čtením“, které určuje genovou expresi a případnou fenotypovou odpověď.

Acetylace histonů

Acetylace histonů je spojena s otevřenou strukturou chromatinu, dostupností vazby transkripčního faktoru a aktivní transkripcí [88••]. Histon acetylačních dopadůzásaditéexprese fosfatázy. Inhibitory histondeacetylázy (HDACi) zvyšují acetylaci chromatinu. In vitro, HDACi-indukovaná expresezásaditéfosfatázy-L podporoval osteogenní diferenciaci lidských mezenchymálních kmenových buněk [89]. Mechanicky byla acetylace histonů spojena s regulací kostních morfogenetických proteinů, signalizací WNT a indukcí RUNX2 [90]. Zda acetylace přímo ovlivňuje promotoryzásaditéfosfatázy-L exprese je oblastí probíhajícího výzkumu.

Studie methylace DNA prokázaly, žezásaditéfosfatázy-L promotor A1E je vysoce methylovaný [91]. Delgado-Calle a kol. [92] prokázali, že methylace DNA má důležitou roli v modulacizásaditéfosfatázyexpresi v lidských buňkách podobných osteoblastům. Ukázali inverzní vztah mezi stavem metylace CpG ostrova od -579 do þ836 bpzásaditéfosfatázygen včetně promotorové oblasti, což znamená, žeepigenetickéregulace demetylací DNA silně zesilujezásaditéfosfatázyexprese a aktivity [92]. U VSMC fosfátové i hydroxyapatitové nanokrystaly modulují metylaci DNA, což má za následek zvýšenou aktivitu alkalické fosfatázy a indukci fenotypu podobného osteoblastům [93,94]

Cistanche se může vyhnout chronickému onemocnění ledvin.

mikroRNA

Dlouhé nekódující RNA amikroRNAjsou také klíčovéepigenetickéfaktory, které se podílejí na posttranskripční genové regulaci [77,95•]. ThemikroRNAjsou malé nekódující jednovláknové molekuly RNA, přibližně 18–25 nukleotidů, které inhibují syntézu proteinů vazbou na 30- netranslatovanou oblast mRNA, aby blokovaly translaci proteinu a/nebo modulovaly stabilitu mRNA. Prostřednictvím výpočetních předpovědí bylo odhadnuto, že více než 50 procent všech genů kódujících lidské proteiny je potenciálně regulovánomikroRNA[96]. Regulace kostímikroRNAhrají klíčovou roli v osteogenní diferenciaci a signálních drahách účastnících se osteogeneze [77,95•,97,98]. Klíčové transkripční faktory Runx2 a Osx jsou downregulovány řadoumikroRNAv pluripotentních mezenchymálních buňkách k potlačení fenotypu kosti v nonoseálních buňkách a tkáních [77,99].

NějakýmikroRNAbylo zjištěno, že potlačují a podporují odlišné signální dráhy související s osteogenní diferenciací [95•,100•]. Snížená exprese mRNA pro kolagen I,zásaditéfosfatázya osteokalcin byl nalezen při nadměrné expresi miR- 375, což naznačuje, že miR-375 může potlačit osteogenní diferenciaci cílením na Runx2 [101]. Bylo také hlášeno, že nadměrná exprese miR-133a-5p inhibujezásaditéfosfatázyexprese a mineralizace prostřednictvím cílení Runx2 [102]. Li a kol. [103] prokázali, že miR-216a podporuje diferenciaci osteoblastů a zvyšuje tvorbu kostí.

CÍLENÍ FARMAKOLOGICKÝCH EPIGENETICKÝCH INTERVENCÍALKALICKÁ FOSFATAZA

mikroRNA

Vzhledem k všudypřítomné expresi alkalické fosfatázy, její ústřední roli v biomineralizaci a vysokému výskytuvaskulární kalcifikaceu pacientů schronickýledvinachoroba, je rozumné prozkoumat farmakologickéepigenetickémodulace alkalické fosfatázy jako potenciální terapeutické opatření zaměřené na prevenci kardiovaskulárních komplikací uchronickýledvinachoroba[9&]. Nedávné důkazy tomu nasvědčujímikroRNAjsou deregulovány vchronickýledvinachoroba– minerální a kostní poruchy [104]. Experimentální studie podporují koncept, žemikroRNAjsou potenciálními cíli ke zlepšenívaskulární kalcifikace[100& ]. Podle miRBase verze 22, sekvence 2656 zralých lidímikroRNAbyly dosud katalogizovány [105]. Zahrnout většinu z nich je tedy náročný úkolmikroRNAkteré byly v průběhu let zkoumány v tomto přehledu. Nedávná data však ukazují, že fosfátem indukovaná kalcifikace aorty spouští modulaci miRNA zvýšením regulace miR-200c, miR-155 a miR-322, zatímco miR-708 a miR{{ 5}} byly sníženy [106& ]. jinýmikroRNAkteré jsou zapojeny dovaskulární kalcifikace, tedy potenciální cíle léčby, jsou miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 a miR-762 [107]. Většina těchto mikroRNA se zaměřuje na dva hlavní transkripční faktory Runx2 a Osx, které ovlivňují aktivitu a biomineralizaci TN-alkalické fosfatázy. Nepochybně,mikroRNAhrají klíčovou roli v regulaci progresevaskulární kalcifikace; avšak vysoká hojnostmikroRNAvyžaduje rozsáhlé rozsáhlé studie celého epigenomu, aby se plně využil potenciálepigenetickéregulace podlemikroRNAza nové terapeutické přístupy ke zlepšenívaskulární kalcifikace.

Bromodoména a extraterminální inhibice Bromodoména a extraterminální (BET) proteiny BRD2, BRD3, BRD4 a BRDT jsou čtečky chromatinu, které nejen vážou acetylovaný lysin na histonové konce a transkripční faktory přes bromodomény 1 a 2, ale také rekrutují transkripční aparát pro regulaci genové exprese. [108]. Inhibitory BET (BETi) blokují interakci proteinů BET s acetylovanými histony nebo transkripčními faktory, aby ovlivnily expresi cílových genů [88•].Apabetaloneje perorálně dostupný BETi v klinickém vývoji pro léčbukardiovaskulární choroba. Preferovaně se váže na bromodoménu 2 v proteinech BET (obr. 4), což jej odlišuje od pan-BETi, který cílí na bromodomény 1 a 2 se stejnou afinitou [109]. V klinických studiích,apabetaloneléčba snížila hlavní nežádoucí srdeční příhody (MACE) u pacientů skardiovaskulárníchorobaa bylo spojeno se 44procentním snížením relativního rizika nad rámec standardní péče [110•]. Redukce MACE pouze podle abecedy byla spojena se snížením sérové ​​alkalické fosfatázy, nezávisle na tradičních kardiovaskulárních rizikových faktorech a zánětu [111•]. Studie ukázaly, že tento lék současně moduluje faktory, které podporují stabilizaci aterosklerotického plátu a redukci MACE. HDL cholesterol se zvýšil [110•,112], zatímco kaskáda komplementu, reakce akutní fáze a mediátory vaskulárního zánětu byly potlačeny [113,114].

OBRÁZEK ​​4. Acetylace chromatinu je epigenetická modifikace spojená s otevřenou strukturou chromatinu a aktivní transkripcí. Bromodoména a extraterminální proteiny jsou „čtečky chromatinu“, které vážou acetylovaný lysin na histony nebo transkripční faktory prostřednictvím dvou tandemových bromodomén 1 a 2 a rekrutují transkripční aparát (např. pozitivní transkripční elongační faktor a RNA polymerázu II) k řízení exprese bromodomény a extra terminální citlivé geny.Apabetaloneje perorálně dostupný malomolekulární inhibitor bromodomény a extraterminálních bromodomén, který způsobuje uvolňování bromodomény a extraterminálního proteinu z chromatinu a v důsledku toho downregulaci bromodomény a extraterminální senzitivní genové transkripce.Apabetalonepřednostně cílí na bromodoménu 2 (reprezentovanou žlutým halo), což je vlastnost, která jej odlišuje od pan-bromodomény a extra terminálních inhibitorů, které vážou bromodomény 1 a 2 se stejnou afinitou.

vchronickýledvinachorobapacientů s anamnézoukardiovaskulárníchoroba, zlepšila se léčba samotnou abecedoufunkce ledvina snížené hladiny alkalické fosfatázy v oběhu [115]. mechanicky,apabetalonedownregulovanézásaditéfosfatázyexprese v primárních lidských hepatocytech a VSMC [116•] a v důsledku toho se snížily hladiny proteinu TN-alkalické fosfatázy a enzymatická aktivita. Inhibitory s malou molekulouzásaditéfosfatázybyly hodnoceny jako terapeutické provaskulární kalcifikace[14] všakapabetalonemůže být první molekulou v klinickém stádiu, která se modifikujezásaditéfosfatázyVýroba. in vitro,apabetaloneproti kalcifikaci VSMC kultivovaných v osteogenních podmínkách prostřednictvím anepigenetickémechanismus zahrnující BRD4, který potlačoval indukci prokalcifikačních genů, včetně RUNX2 a alkalickýchfosfatázy[116& ].

Jedna dávkaapabetalonevchronický ledvinachorobau pacientů ve stadiu 4–5 rychle vedlo ke snížení četných zánětlivých cytokinů, včetně IL-6 [2]. Ve stejné studii proteomické profilování více než 1300 plazmatických proteinů předpovědělo aktivaci několika imunitních a zánětlivých cest u pacientů s poruchouledvinafunkcevčetně signalizace nukleárního faktoru-kB (NF-kB), IL-6 nebo kostního morfogenetického proteinu. Tyto kanonické dráhy byly downregulovány jednou dávkou apabetalonu, což by příznivě ovlivnilo progresi renálního poškození a souvisejícívaskulární kalcifikace.

Cistanche se může zlepšitfunkce ledvin.

Bromodoména a extraterminální inhibice u metabolických poruch kostí: implikace pro renální osteodystrofii

Odlišné preklinické modely metabolických kostních onemocnění prokázaly, že BETi nesnižuje kostní strukturu nebo mechanické vlastnosti a může místo toho zvětšit objem kosti a obnovit mechanickou pevnost [117–120]. Tyto studie ukazují, že příznivé účinky BETi na poruchy kostí pramení z protizánětlivých účinků a takéepigenetickémodulace klíčových faktorů při remodelaci kosti, včetně TN-zásaditéfosfatázy. N-methylpyrrolidon (NMP) je léková pomocná látka schválená US Food and Drug Administration identifikovaná jako bioaktivní BETi [121]. Studie s NMP na preklinických modelech kostní degenerace umístily BETi jako farmakologickou strategii pro prevenci nebo léčbu kostních onemocnění charakterizovaných nadměrnou kostní resorpcí. Četné studie prokázaly, že BETi potlačuje zánětlivé reakce zprostředkované TNFa a NF-kB [3,122–124]. NMP podpořil růst mineralizované kosti, která byla blokována TNFa, a obnovil TNFa-inhibovanou expresi esenciálních osteoblastických genů, včetnězásaditéfosfatázy, RUNX2 a SP7/Osterix [125]. Kromě toho NMP podporoval kostní regeneraci zvýšením BMP2 signalizace v osteoblastech [126] a inhiboval diferenciaci osteoklastů, aby zmírnil kostní resorpci indukovanou receptorovým aktivátorem NF-kB ligandu [127]. Ukázalo se, že NMP zvyšuje životaschopnost osteoblastů během hypoxie a působí proti hypoxií zprostředkované downregulaci klíčových genů zapojených do mineralizace, včetnězásaditéfosfatázy[128]. Mechanicky byla léčba NMP protektivní při udržování diferenciace osteoblastů během hypoxie částečně inhibicí signalizace NF-kB. NMP zachoval kostní minerální hustotu a kvalitu kostí u potkanů ​​po ovariektomii [121], což v podstatě zlepšilo osteoporózu vyvolanou deplecí estrogenu. Výsledky byly ověřeny v podobných studiích s použitím N,N-dimethylacetamidu [127] nebo silnějšího BETi JQ1, kde léčba zvrátila ztrátu kostní hmoty navozenou nedostatkem estrogenů [117]. Tyto údaje naznačují, že terapie BETi může zvýšit kostní hmotu a zlepšit kostní obrat u zánětlivých onemocnění kostí a potenciálně uchronickýledvinachoroba.

ZÁVĚR

Cirkulující alkalická fosfatáza je robustní a nezávislý marker rizikakardiovaskulárníchorobaa úmrtnost v obecné populaci achronickýledvinachoroba. Všudypřítomná exprese alkalické fosfatázy a její zapojení do několika patofyziologických procesů spojených skardiovaskulárníchoroba, onemocnění kostí,chronickýledvinachorobaprogrese a kognitivní dysfunkce ji činí vhodnou pro multifaktoriálníepigenetickézásahy. Pozitivní výsledky z klinických studií s novým BETiapabetaloneimplikují roli alkalické fosfatázy jako možného nového cíle kardiovaskulární léčby. Experimentální studie s dodatečným BET je amikroRNAnaznačují širší terapeutický potenciál proepigenetickémodulace alkalické fosfatázy. K definitivnímu stanovení alkalické fosfatázy jako cílové hladiny klinické léčby a k objasnění účinku snížení sérové ​​alkalické fosfatázy směrem ke specifickým cílovým hladinám na klinické výsledky je zapotřebí další výzkum.

Poděkování

PM je podporována granty ALF Region O¨stergo¨tland, Švédsko. KK-Z. je podporováno granty NIDDK R01- DK095668 a K24-DK091419 a také filantropickými granty od pana Harolda Simmonse, pana Louise Changa, Dr. Josepha Lee a AVEO.

Finanční podpora a sponzorství

Žádný.

Střet zájmů

MH je členem renálního klinického poradního výboru společnosti Resverlogix Inc. a zaměstnancem Diaverum Sweden, AB. Získal poradenství a honorář řečníka od společností Resverlogix a Amgen. DG a EK jsou zaměstnanci společnosti Resverlogix. KK-Z. je členem renálního klinického poradního sboru společnosti Resverlogix. PM nemá žádný střet zájmů související s tímto článkem.

REFERENCE A DOPORUČENÁ ČTENÍ

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Chronické onemocnění ledvin: klinický model předčasného stárnutí. Am J Kidney Dis 2013; 62:339–351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM, et al.Chronické onemocnění ledvina předčasné stárnutí. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732–742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C, et al. Prospěch zapabetalonena plazmatické proteiny při onemocnění ledvin. Kidney Int Rep 2018; 3:711–721.

4. Millan J. Savčíalkalická fosfatáza: od biologie k aplikacím v medicíně a biotechnologii. Weinheim: Wiley; 2006.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Multisystémové funkcealkalické fosfatázy. Methods Mol Biol 2013; 1053:27–51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Kvantifikace rozpustných a skeletálníchalkalická fosfatázaa nerozpustnéalkalická fosfatázaaktivity kotvové hydrolázy v lidském séru. Clin Chim Acta 2001; 311:137–148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. Kosterníalkalická fosfatázaAktivita je primárně uvolňována z lidských osteoblastů v nerozpustné formě a čisté uvolňování je inhibováno vápníkem a kosterními růstovými faktory. Calcif Tissue Int 1998; 62:332–340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Různé distribuce lidské kostialkalická fosfatázaizoformy v séru a extraktech kostní tkáně. Clin Chim Acta 2002; 325:59–70.