Nedávné pokroky v epigenetice onemocnění ledvin souvisejících s věkem Ⅱ

3.2. Změněná rovnováha modifikací histonů u onemocnění ledvin souvisejících s věkem

Genomová informace eukaryotických buněk je uložena především v jaderném chromatinu, který se skládá z DNA, RNA, histonů a nehistonových proteinů [89,90]. Konkrétně chromatin vykazuje dva velmi odlišné stavy: euchromatin a heterochromatin [91,92], z nichž první je volně sbalený a transkripčně aktivní, zatímco druhý je těsně sbalený a méně transkripčně aktivní. Histonový oktamer se skládá ze dvou histonových heterodimerů H2A–H2B a jednoho tetrameru H3–H4, který je zapouzdřen přibližně 147 bp DNA za vzniku nukleozomu [93]. Histony se skládají z centrální globulární domény a flexibilních nabitých N-koncových konců. Protože NH2 konec histonů sahá od jádra a obsahuje specifické aminokyselinové zbytky, jsou vysoce citlivé na různé typy posttranslačních modifikací, jako je acetylace, fosforylace, ubikvitinace, SUMOylace a methylace, čímž ovlivňují jejich funkci [91,94 ,95]. Je pozoruhodné, že modifikace histonů mohou přímo ovlivnit strukturu chromatinu tím, že zabrání vazbě transkripčních faktorů na jejich specifická vazebná místa nebo změní interakci mezi histonovými konci a nukleozomovou DNA, které hrají kritickou roli v regulaci genové exprese [96,97]. Řada celogenomových studií například ukázala, že modifikace histonů ve specifické oblasti genomu mohou přispívat ke změnám ve struktuře chromatinu, což vede buď k aktivaci, nebo k represi specifické genové exprese [98–100].

KLIKNĚTE ZDE A ZÍSKEJTE CISTANCHE PRO PREVENCIVĚKOVÉ ONEMOCNĚNÍ LEDVIN

Uvádí se, že změny modifikace histonů ovlivňují širokou škálu biologických procesů (např. buněčný růst, buněčnou diferenciaci, metabolismus threoninu a zánět [101–104]), které pozitivně nebo negativně ovlivňují vývoj stárnutí. Rostoucí důkazy podporují myšlenku, že modifikace histonů značně rozšířily naše znalosti týkající se epigenetických modifikací v expresi mnoha genů během vývoje stárnutí ledvin [105,106]. Pokud jde o onemocnění ledvin související s věkem, nejrozšířenějším hlášeným a nejlépe charakterizovaným typem modifikací histonů jsou acetylace/deacetylace histonů [107], které jsou dynamicky regulovány dvěma rodinami enzymů s protichůdnými rolemi: histon acetyltransferázami (HAT) a histondeacetylázy (HDAC) [108]. Mnoho příznaků acetylace na histonech se obvykle snižuje s věkem, zejména acetylace H3 na lysinu 18, 27 a 56 a také hromadná acetylace H4, o které se předpokládá, že přispívá k procesu stárnutí a rozvoji onemocnění souvisejících s věkem [109]. V současnosti jsou savčí HDAC rozděleny do čtyř kategorií podle jejich homologie s kvasinkami [110] včetně třídy I (HDAC1, 2, 3, 8), třídy II a (HDAC4, 5, 7 a 9), třídy II b ( HDAC6 a 10), třída III (Sirtuiny, Sirt1-7), třída IV (HDAC11), z nichž HDAC třídy I, II a IV jsou závislé na Zn2+ jako kofaktoru a citlivé na všechny HDAC inhibitory, zatímco HDAC třídy III spoléhají ve své aktivitě na NAD+ a jsou necitlivé na klasické inhibitory HDAC [111]. Obecně mohou HDAC deacetylovat lysinové zbytky na histonových koncích, které obnovují pozitivní náboje chromatinových histonů, což vede ke kondenzaci chromatinu a inhibici genové transkripce. Nové studie ukázaly, že aberantní exprese HDAC je úzce spojena se stárnutím ledvin a onemocněním ledvin souvisejícím s věkem [107,112]. Navíc hromadící se důkazy také naznačují, že inhibitory HDAC mohou příznivě modulovat procesy související s věkem, pravděpodobně zvrácením deacetylace chromatinu související s věkem, acetylací histonů v blízkosti genů pro dlouhověkost, aktivací proteinů pro dlouhověkost a/nebo deaktivací anti- proteiny dlouhověkosti [109,113], které je ještě třeba dále prozkoumat.

Histonová deacetyláza 3 (HDAC3), člen třídy I HDAC rodiny, je kritická pro embryonální vývoj savců a proces stárnutí. Aberantní aktivace HDAC3 je úzce spojena s celou řadou lidských onemocnění, jako je rakovina [114], diabetes mellitus [115,116], neurodegenerativní poruchy [117] a CKD [25]. Například NM_026333, nově objevený gen proti stárnutí, byl identifikován jako evidentně downregulovaný v ledvinách z transgenních myší a myší krmených vysokým obsahem soli s fenotypy podobnými předčasnému stárnutí, které nadměrně exprimují vazebný faktor 6 (CF6). [118]. Endogenní nadměrná exprese NM_026333 nebo suplementace NM_026333 rekombinantním proteinem zmírnily CF6-indukované charakteristiky stárnutí buněk HEK{19}} (např. narušená autofagie, genomická nestabilita a epigenetické změny ) prostřednictvím zrušení HDAC{20}}indukované transkripční represe autofagie souvisejícího 7 (Atg7), což naznačuje, že HDAC3 může urychlit stárnutí ledvin narušením autofagie [118]. Kromě toho bylo indikováno, že HDAC3 inhibuje transkripci Klotho, dobře známého proteinu proti stárnutí, u různých onemocnění ledvin, jako je CKD [25] a renální fibrotické poruchy [26]. Cílení na ztrátu Klotho prostřednictvím inhibice HDAC3 může sloužit jako nová strategie pro terapie proti renální fibróze a také jako slibný terapeutický potenciál pro snížení progrese CKD. Tyto studie společně naznačují, že aberantní aktivace HDAC3 pravděpodobně přispívá k onemocněním ledvin souvisejícím s věkem, avšak zda by cílová inhibice HDAC3 mohla zmírnit stárnutí ledvin, stejně jako předcházet a léčit onemocnění ledvin souvisejících s věkem, je třeba dále zkoumat.

Sirts, konzervovaná rodina složená ze sedmi členů (Sirt1-7), patří do třídy III NAD+-závislých HDAC, které byly považovány za třídu kritických regulátorů stárnutí a metabolických onemocnění [119]. Košile jsou široce exprimovány v různých typech ledvinových buněk, z nichž bylo prokázáno, že některé zpomalují stárnutí ledvin. Exprese Sirt1 byla významně snížena ve stárnoucích ledvinách, což bylo spojeno se změnami v expresi různých cílových molekul (např. Klotho [120], peroxisom-proliferator-activated receptor-coactivator-1 (PGC{{8 }} ) [121], forkhead box O3 (FOXO3) [121,122], AMP-aktivovaná proteinkináza (AMPK) [123] a hypoxií indukovatelný faktor-1 (HIF-1) [124] ). Bylo například zjištěno, že podocytově specifické umlčování Sirt1 zhoršuje věkem podmíněnou glomerulosklerózu a albuminurii [121]. Endoteliální deficit Sirt1 přispívá k nefroskleróze prostřednictvím downregulace matrix metaloproteinázy-14 (MMP{26}}), která je primárně spojena s vaskulárním stárnutím a fibrózou [125], zatímco farmakologická aktivace Sirt1 významně snižuje patologické změny stárnutí v ledvinách prostřednictvím aktivace AMPK a signální dráhy PPAR [123]. V důsledku toho je Sirt1 považován za potenciální terapeutický cíl pro léčbu onemocnění ledvin souvisejících s věkem. Sirt3, kritický regulátor stárnutí buněk, souvisí s aktivací renin-angiotensin-aldosteronového systému (RAAS), o kterém se uvádí, že hraje důležitou roli při stárnutí ledvin. Předchozí studie ukázala, že cílený knockout genu Agtr1a (Agtr1a−/−) kódujícího receptory Ang II typu 1 (AT1R) významně prodlužuje životnost myší, což je připisováno zmírnění oxidačního stresu a upregulaci Nampt a Sirt3. [126].

Nicméně jedna novější studie Unedy et al. uvádí protichůdné výsledky a ukazuje, že právě Sirt1, ale ne Sirt3, je významně snížen v ledvinách starých myší Agtr1a−/− [127]. Ačkoli kritická funkce Sirt3 v procesu renálního stárnutí prostřednictvím signální dráhy Ang II-AT1R zůstává kontroverzní, u myší Sirt3-/- se s přibývajícím věkem rozvine závažnější renální fibróza než u jejich věkově odpovídajících kontrol divokého typu (WT) [128] ]. Celkově tyto výsledky naznačují, že Sirt3 skutečně hraje důležitou roli při zmírňování onemocnění ledvin souvisejících s věkem, pravděpodobně prostřednictvím zmírnění oxidačního stresu a zachování mitochondriální integrity. Kromě toho bylo rovněž indikováno, že účast Sirt6 zmírňuje poškození ledvin související s věkem prostřednictvím suprese signální dráhy prozánětlivého nukleárního faktoru kappa-B (NF-Kb) [129]. Deficit Sirt6 významně vede k progresi glomerulárního poškození ledvin u starých myší [130]. Souhrnně řečeno, současné poznatky naznačují, že Sirts zlepšuje stupeň poškození tkáně a fibrózy vstárnoucí ledvinypravděpodobně prostřednictvím snížení oxidačního stresu a zánětu, což naznačuje, že Sirts má velký potenciál jako nový terapeutický cíl pro prevenci a klinickou léčbu onemocnění ledvin souvisejících s věkem. Velké úsilí o prokázání, že aktivátory Sirt jsou pro pacienty velkým přínosem, by tedy přineslo velké klinické důsledky a důsledky pro veřejné zdraví.

Obecně platí, že výše uvedený výzkum demonstruje základní roli acetylace a deacetylace histonů při modulaci stárnutí ledvin a onemocnění ledvin souvisejících s věkem (tabulka 2). Tyto studie však poskytly omezený pohled na vymezení specifických molekulárních mechanismů a přímé důkazy ze studií in vivo podporujících abnormální vzorce modifikace histonů, které přispívají k onemocnění ledvin souvisejícím s věkem, chybí. Je tedy stále zapotřebí neustálého úsilí k objasnění úlohy modifikací histonů v oblasti renálních poruch souvisejících s věkem.

3.3. Nekódující RNA u onemocnění ledvin souvisejících s věkem

Asi 93 % lidské genomové DNA lze přepsat na RNA [131], z nichž pouze přibližně 2 % těchto RNA lze přeložit na proteiny a zbývající RNA představují ncRNA, které nemají schopnost kódovat proteiny nebo mají velmi nízký obsah proteinů. schopnost kódování [132,133]. V posledních letech byla stále více zdůrazňována kritická role transkriptů ncRNA v epigenetické genové regulaci [134,135]. Hromadné důkazy naznačují, že ncRNA, hlavně včetně mikroRNA (miRNA), dlouhých ncRNA (lncRNA) a cirkulárních RNA (circRNA), hrají důležitou roli při stárnutí a stárnutí [136–138], přičemž několik studií bylo provedeno v souvislosti se stárnutím ledvin, a byly považovány za potenciální biomarkery a terapeutické cíle [139].

MiRNA jsou velkou třídou krátkých ncRNA o délce ~22 nukleotidů, které jsou vysoce konzervované napříč druhy, které mohou indukovat umlčení genů prostřednictvím náboru proteinů Argonaute (AGO) do cílových míst převážně v rámci 30 nepřeložených oblastí (30 UTR) mRNA [140 ]. Zralé miRNA jsou vázány Ago proteiny za vzniku miRNA-indukovaného umlčovacího komplexu (miRISC), který může indukovat degradaci cílových mRNA nebo inhibici translace [141]. Stále více důkazů ukazuje, že dysregulovaná exprese miRNA je spojena s různými lidskými nemocemi, jako je rakovina [142], onemocnění ledvin související s věkem [21] a tak dále. V posledních letech hromadící se epigenetické údaje odhalily zapojení miRNA do onemocnění ledvin souvisejících s věkem. Bai a kolegové provedli první hloubkové profilování exprese miRNA v ledvinových tkáních 3- a 24-měsíčních potkanů ​​a identifikovali významné změny exprese miRNA ve starých ledvinách související s věkem [21]. V této studii vědci identifikovali 18 miRNA, které byly významně upregulovány, a sedm miRNA, které byly pozoruhodně downregulované stárnutím v ledvinách potkanů. Upregulované miRNA souvisely hlavně s regulací genů zapojených do buněčné proliferace, antioxidační obrany a energetického metabolismu, stejně jako degradace extracelulární matrice, zatímco downregulované miRNA se převážně zaměřovaly na geny spojené se zastavením buněčného cyklu a imunitní zánětlivou reakcí. miR-335 a miR{20}}a byly významně upregulovány ve starých tkáních ledvin a stárnoucích mezangiálních buňkách a mohly indukovat předčasné senescentní fenotypy u mladých mezangiálních buněk prostřednictvím modulace jejich cílových genů, superoxiddismutázy 2 (SOD2) a thioredoxin reduktázy 2 (Txnrd2), prostřednictvím vazby na 30 UTR každého genu [21]. Nedávná studie konzistentně ukazuje, že aberantní upregulace miR-34a přispívá k progresi renální fibrózy prostřednictvím přímé vazby s 30 UTR Klotho, klíčového genu řídícího stárnutí [143]. Hromadné studie navíc uvádějí zapojení některých dalších dysregulovaných miRNA do stárnutí ledvin a/nebo přispívání k onemocněním ledvin souvisejícím s věkem, zejména včetně miR-200c [22], miR-133b [23 ], miR-184 [144], miR-150 [144] a miR-21 [22,145,146]. Ačkoli existuje jen málo přímých důkazů o tom, že miRNA hrají roli u onemocnění ledvin souvisejících s věkem, velké množství důkazů naznačuje, že miRNA úzce souvisí s renální fibrózou a představují potenciální cíl v léčbě renální fibrózy [147], jako je miR{ {45}}a-3p [148], miR-146b-5p [149], miR-204 [150], miR-29b [ 151], miR-150 a miR-495 [152]. Vzhledem k tomu, že stárnutí ledvin je často doprovázeno renální fibrózou, mohou tyto miRNA související s renální fibrózou také hrát kritickou roli ve stárnutí ledvin a také u onemocnění ledvin souvisejících s věkem, což si zaslouží další zkoumání. Souhrnně, zapojení mnoha různých miRNA do onemocnění ledvin souvisejících s věkem naznačuje, že panel miRNA by byl potenciálně užitečnější než jedna miRNA jako biomarker. V této oblasti je stále zapotřebí dalšího výzkumu.

LncRNA jsou další velkou třídou ncRNA odvozených z oblastí genomu, které jsou dlouhé více než 200 nukleotidů bez potenciálu pro kódování proteinů [153,154]. Rostoucí důkazy prokázaly, že lncRNA se účastní různých biologických procesů včetně stárnutí a nemocí souvisejících s věkem [155,156] regulací genové exprese na úrovni modifikace chromatinu, transkripce a post-transkripčního zpracování [157]. Podobně rostoucí počet objevů zdůraznil kritickou roli, kterou lncRNA hrají u onemocnění ledvin souvisejících s věkem. Jedna nedávná studie uvedla, že NEAT1, nová lncRNA, by mohla narušit ochranný účinek Klotho proti renální tubulointersticiální fibróze a epiteliálně-mezenchymálním přechodu (EMT) v buňkách lidské proximální tubulární buněčné linie (HK-2) v DKD [158] . V této studii autoři za účelem screeningu lncRNA spojených s expresí Klotho detekovali vzorce exprese lncRNA související s EMT (Gas5, H19, Hotair, Hottip, Malat1, Meg3, Miat, Neat1, Pvt1 a Tug1) v tkáních ledvin. z Klotho-nadměrně exprimujících diabetických myší a zjistili, že exprese Neat1 byla výrazně snížena. Další studie ukázaly, že Klotho zpomalil progresi renální tubulointersticiální fibrózy a renální tubulární EMT v DKD prostřednictvím downregulace exprese NEAT1. Bylo zjištěno, že LncRNA-ATB, upregulovaná v buňkách HK-2 ošetřených TGF- -, přispívá k buněčnému stárnutí indukovanému TGF- prostřednictvím signální dráhy TGF-/Smad [159], ale přímý experimentální důkaz in vivo chybí. Nedávno Tamás et al. provedli hloubkové profilování lncRNA v tkáních ledvin dospělých myší (10 měsíců) a starých myší (26–30 měsíců) podrobených jednostranné renální IRI, aby prozkoumali účinky stárnutí a jednostranné IRI na expresi renálních lncRNA [28]. Výzkumníci odhalili, že IRI měl největší vliv naledviny u starých myšíve srovnání s dospělými myšmi, protože osm lncRNA bylo významně upregulováno ischemií u starých myší, zatímco pouze čtyři lncRNA byly pozoruhodně upregulovány ischemií u dospělých myší. IGF2AS byl upregulován IRI pouze v ledvinách starých myší. Zejména bylo zjištěno, že inhibice exprese IGF2AS je protektivní u různých modelů onemocnění, včetně neurotoxicity vyvolané lokálním anestetikem [160] a diabetu [161], což naznačuje, že IGF2AS může hrát škodlivou roli při ischemicko-reperfuzním poškození u starých ledvin. Y RNA, jediné lncRNA, které byly ovlivněny stárnutím, byly indikovány jako zapojeny do několika procesů souvisejících s věkem [162,163], jako je buněčná proliferace, stresové reakce a záněty, ale jejich přesná role ve stárnutí ledvin nebyla ilustrována. . Analýza dráhy vynalézavosti (IPA) ukázala, že downregulace H19 byla spojena se stárnutím prostřednictvím dráhy p53/TP53. Kromě toho bylo v několika studiích zjištěno, že suprese H19 je spojena se zvýšenou expresí p16 a p21 [164,165]. Celkově vzato ze současných studií můžeme dojít k závěru, že lncRNA by mohla být považována za potenciální terapeutický cíl pro onemocnění ledvin související s věkem, což vyžaduje další zkoumání. Je však třeba poznamenat, že na rozdíl od miRNA a circRNA jsou lncRNA mezi druhy špatně konzervované, takže jejich cíle a funkce by měly být interpretovány opatrně.

CircRNA jsou novou třídou endogenně exprimovaných ncRNA s kovalentně uzavřenou strukturou a jednovláknovými, které jsou odvozeny z exonů nebo intronů, které mohou působit jako houby miRNA, regulátory transkripce nebo partneři proteinu vázajícího RNA (RBP) k regulaci exprese cílových genů. [166,167]. Navíc ve srovnání s miRNA a lncRNA vykazují circRNA větší stabilitu a také vyšší konzervaci. Nedávné studie ukázaly, že úrovně exprese circRNA se mění s věkem v různých tkáních mnoha druhů, od hlístic po savce [138]. Bylo například prokázáno, že circFoxo3, odvozený z exonu 2 genu FOXO3, je výrazně upregulován v srdečních tkáních starých myší a lidí a je spojen s rozsáhlou senescencí [168]. Inhibice endogenního circFoxo3 by mohla zmírnit stárnutí a zmírnit kardiomyopatii. Další studie ukázaly, že circFoxo3 se může vázat na proteinové inhibitory vazby DNA 1 (ID1) související se stárnutím a transkripční faktor E2F 1 (E2F1), jakož i na proteiny související se stresem HIF-1 a fokální adhezní kinázu (FAK), čímž blokuje antisenescentní funkci těchto proteinů. Navíc novější studie identifikovala circGRIA1 jako klíčový moderátor synaptické plasticity a synaptogeneze v mozku makaka rhesus [169]. Exprese CircGRIA1 je pozoruhodně zvýšena ve stárnoucím mozku makaka, který by se mohl přímo vázat na promotor svého hostitelského genu a potlačit expresi jeho rodičovského genu, čímž přispívá ke stárnutí mozku. V současné době, ačkoli velký počet studií potvrdil, že circRNA hrají zásadní roli ve vývoji a progresi stárnutí a onemocnění souvisejících s věkem v mnoha orgánech [138], přesné role circRNAs při stárnutí ledvin a ledvin souvisejících s věkem nemoci zůstávají nepolapitelné. Na rozdíl od miRNA a lncRNA, které byly dobře studovány ve starých ledvinách, kritické circRNA související s věkem stále zbývá podrobně profilovat v budoucích studiích. Protože circRNA jsou mnohem stabilnější než jiné ncRNA, mohou stabilně existovat v různých tělesných tekutinách, což z nich činí jeden z nejžádanějších biomarkerů pro diagnostiku a léčbu různých onemocnění souvisejících se stárnutím, včetně onemocnění ledvin souvisejících s věkem.

Souhrnně výše uvedené studie naznačují, že ncRNA včetně miRNA, lncRNA a circRNA mohou hrát kritickou regulační roli v procesech stárnutí ledvin a onemocnění ledvin souvisejících s věkem (tabulka 3), které mohou klinicky sloužit jako slibné diagnostické biomarkery a terapeutické cíle. . Funkční role většiny ncRNA, zejména circRNA, v polích stárnutí ledvin však ještě nebyly odhaleny. Proto požaduje komplexnější výzkum v této oblasti, aby se molekulární mechanismy prokázaly a ověřily do hloubky.

4. Epigenetika poskytuje potenciální diagnostické a terapeutické cíle pro onemocnění ledvin souvisejících s věkem

Na rozdíl od genetických změn jsou epigenetické alterace potenciálně plastické a reverzibilní, které lze terapeuticky upravovat pro léčbu indikovaných onemocnění [170,171]. Mnoho epigenetických znaků, zejména včetně metylace DNA, modifikací histonů a ncRNA, ukázalo velký potenciál v diagnostice, prognóze a monitorování léčby a také v predikci terapeutické odpovědi u různých neoplastických a nenádorových onemocnění [172–175]. Například hladiny methylace promotorových oblastí inhibitoru cyklin-dependentní kinázy 2A (CDKN2A), cadherinu 13 (CDH13), člena rodiny asociační domény ras 1 (RASSF1A) a adenomatózní polypózní coli (APC) jsou spojeny s časnou recidivou stadia I nemalobuněčný karcinom plic (NSCLC) po kurativní operaci [176]. Studie fáze III potvrdila, že tucidinostat, perorální subtypově selektivní inhibitor HDAC, se ukázal jako účinný u pacientek s karcinomem prsu s pozitivním hormonálním receptorem (HR+) [177]. Kromě toho byly pro léčbu také schváleny některé inhibitory HDAC a inhibitory DNMTklinická léčba několika neonkologických onemocněníjako je lupus [178],srdeční selhání[179] a schizofrenie [180]. Kromě toho, protože miRNA jsou nejrozsáhleji prozkoumanými ncRNA, některé miRNA, jako je miR-16 [181] a miR-34 [182,183], již vstoupily do preklinických a klinických studií pro léčbu lidských onemocnění. Vzhledem ke kritické roli epigenetiky v modulaci stárnutí ledvin aonemocnění ledvin související s věkemje slibné, že tyto epigenetické změny by mohly být také použity k vývoji specifických biomarkerů a terapeutických cílů pro boj s těmito nemocemi souvisejícími s věkem.

Zejména, jak je popsáno výše, aberantní methylace DNA, abnormální posttranslační modifikace histonů a také regulace některými ncRNA přispěly k poruchám ledvin souvisejícím s věkem (obrázek 3). Proto je lákavé spekulovat o mnoha různých manipulacích k léčbě a prevencionemocnění ledvin související s věkemjako je vývoj nových činidel demethylujících DNA, inhibitorů HDAC a specifických blokátorů a agonistů ncRNA. Dosud však žádný ze současných dostupných epigenetických modifikátorů nebyl povolen pro vstup do preklinických nebo klinických studií v oblasti stárnutí ledvin. V blízké budoucnosti tedy existuje naléhavá potřeba dalších experimentálních studií k dalšímu využití slibné aplikace epigenetických látek v boji protionemocnění ledvin související s věkem.

Obrázek 3. Schematický diagram mechanismů hlavních epigenetických změn u onemocnění ledvin souvisejících s věkem. Aberantní metylace DNA, abnormální modifikace histonů a také regulace pomocí ncRNA jsou spojeny s onemocněními ledvin souvisejícími s věkem. Tyto změny se podílejí na onemocněních ledvin souvisejících s věkem prostřednictvím změny určitýchexprese genů v různých buňkách ledvin.

Podpůrná služba:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Prodejna:

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