UMOD un nieru slimību arhitektūra Ⅱ

GWAS uromodulīna līmenim urīnā

Uzticamu testu un protokolu pieejamība uromodulīna līmeņa mērīšanai ļāva analizēt ģenētiskos faktorus, kas saistīti ar tā izdalīšanos [71]. Pirmā meta-GWAS pieeja, kas tika veikta 10 884 Eiropas izcelsmes indivīdiem no sešām kohortām, identificēja kopīgus variantus UMOD promotorā kā vienu genoma mēroga nozīmīgu lokusu, kas saistīts ar uromodulīna līmeni urīnā [40]. Labākais UMOD promotora variants rs12917707 bija saistīts no devas atkarīgā veidā ar uromodulīna līmeni urīnā un ar spēcīgu LD ar CKD variantiem [40].

Metaanalīze, kas izstrādāta, lai palielinātu spēju noteikt jaunus lokusus, nesen tika veikta 29 315 Eiropas senču indivīdiem no 13 kohortām, tostarp CoLaus [29]. Tika identificēti divi nozīmīgi signāli visā genomā attiecībā uz uromodulīna līmeni urīnā: jauns lokuss virs KRT40 gēna, kas kodē keratīnu -40 (KRT40), 1. tipa keratīnu, kas ekspresēts nierēs, un UMOD-PDILT lokusu, ar diviem neatkarīgiem viena nukleotīda polimorfismu komplektiem, kas izplatīti pa UMOD un blakus esošo PDILT. Turpmākajos eksperimentos tika pierādīts, ka KRT40 kolokalizējas ar uromodulīnu TAL šūnās, savukārt KRT40 ekspresijas samazināšanās primārajās mTAL šūnās ietekmēja uromodulīna apstrādi un izdalīšanos, nodrošinot GWAS asociācijas bioloģisko ekvivalentu [29]. Keratīni ir starpposma pavedieni, kas veido citoskeletu epitēlija šūnās. Kā citoskeleta proteīni, keratīni ir iesaistīti fiziskās integritātes, mehāniskās stabilitātes un intracelulārās organizācijas uzturēšanā šūnās, piemēram, proteīnu pārvietošanā uz plazmas membrānu [8, 28]. Ka izmainītā KRT40 ekspresija ietekmē uromodulīna (un arī ROMK) apstrādi TAL šūnās, liecina par specifisku citokeratīnu lomu olbaltumvielu šķirošanā nieru kanāliņu šūnās [29]

KLIKŠĶINIET ŠEIT, LAI IEGŪTU CISTANČU, LAI UZLABOTU NIERU FUNKCIJU

Uromodulīns kā biomarķierisnieru funkcionālā masa

Tā kā to ražo tikai cauruļveida šūnās, uromodulīnam var būt noteikta biomarķiera vērtībanieru darbība. Faktori, kas saistīti ar uromodulīna izdalīšanos, tika analizēti SKIPOGH un CoLaus grupās [50]. Abos pētījumos tika konstatētas pozitīvas saistības starp uromodulīnu un nātrija, hlorīda un kālija izdalīšanos un osmolalitāti urīnā. SKIPOGH pētījumā 24-h uromodulīna izdalīšanās bija pozitīvi saistīta ar nieru garumu un tilpumu, kā arī ar kreatinīna izdalīšanos un urīna daudzumu. Tas bija negatīvi saistīts ar vecumu un diabētu. Gan punktveida uromodulīna koncentrācija, gan 24-h uromodulīna izdalīšanās bija lineāri un pozitīvi saistīti (daudzfaktoru analīzes) ar eGFR<90 ml/min per 1.73 m2. Age, creatinine excretion, diabetes, and urinary volume are independent clinical correlates of urinary uromodulin excretion. The associations of uromodulin excretion with markers of tubular functions and kidney dimensions suggest that it may reflect the distal tubular transport activity (e.g., reabsorption of NaCl and/or divalent cations) in the general population [50].

Turpmākās analīzes SKIPOGH kohortā pierādīja, ka vairākās lineārās regresijas analīzē 24-h urīna uromodulīna izdalīšanās bija saistīta ar tiem pašiem nefronu masas prognozētājiem, kā to identificēja Denic et al. [9]. Vecums, sievietes dzimums un urīnskābe bija negatīvi prognozētāji, savukārt augums un dzimšanas svars bija pozitīvi 24-h urīna uromodulīna izdalīšanās prognozes [45]. Šie dati pamato uromodulīna līmeņa mērīšanu urīnā kā noderīgu nefronu masas surogātmarķieri. Tādējādi augstāks uromodulīna līmenis var liecināt par augstāku nieru funkcionālo rezervi ar mazāku akūtu nieru bojājumu (AKI) risku: jo vairāk jums ir uromodulīna, jo lielāka ir funkcionālā rezerve, piemēram, pēcoperācijas AKI gadījumā [11] , 53]. Šo situāciju nevajadzētu jaukt ar GWAS pētījumu rezultātiem, kas norāda, ka riska varianti UMOD lokusā, kas izraisa lielāku uromodulīna veidošanos, ko atspoguļo augstāks līmenis urīnā un asinīs, ir konsekventi saistīti ar paaugstinātu HNS risku.

Mendeļa randomizācija, lai novērtētu uromodulīna un CKD un hipertensijas cēloņsakarību

Pēc GWAS un turpmākajiem pētījumiem, kas norādīja uz UMOD variantiem, kas izraisa augstāku uromodulīna ekspresiju (un tādējādi lielāku izdalīšanos urīnā), kas saistīti ar paaugstinātu HNS risku, tika izvirzīts jautājums par cēloņsakarību. Citiem vārdiem sakot: vai lielāka uromodulīna ražošana palielina nieru bojājumu risku?

Tā kā uromodulīnu ražo tikai nieru kanāliņu šūnas, uromodulīna līmenis urīnā pozitīvi korelē ar eGFR (<90 ml/min/1.73 m2 ) and with kidney length and volume, whereas 24-h urinary uromodulin excretion is considered as a proxy of nephron mass [45, 50]. In line, higher urinary uromodulin levels, reflecting a higher functional reserve, are inversely correlated with the risk of kidney function decline in at-risk cohorts [20, 57]. The fact that lower urinary levels of uromodulin reflect decreased kidney functional mass is typical of reverse causation, i.e., when the disease affects the investigated risk factor. These elements constitute a bias when evaluating the causality of the urinary uromodulin levels, and thus of the UMOD variants, on the risk of CKD [13]. The facts that uromodulin also regulates blood pressure and that blood pressure and kidney function are interconnected further complicate the analysis [44, 47]

Mendeļa randomizācijas (MR) izmantošana nodrošina veidu, kā novērtēt, vai uromodulīna veidošanās, ko atspoguļo tā līmenis urīnā, ir patiess HNS riska faktors un vai šī iespējamā saistība ir saistīta ar asinsspiedienu (4. attēls). MR metode izmanto kopīgus ģenētiskos variantus, kas saistīti ar iedarbību (piemēram, ar GWAS palīdzību), lai pārbaudītu, vai konkrētais riska faktors izraisa vai saasina slimību [55]. Nesen MR tika izmantota, lai noskaidrotu cēloņsakarību starp uromodulīna līmeni urīnā, nieru darbību un asinsspiedienu Eiropas izcelsmes indivīdiem [48]. Saikne starp urīna uromodulīna līmeni un eGFR pirmo reizi tika pētīta CoLaus (pieejami n=3851 dati). Novērojumu dati liecina, ka augstāks uromodulīna līmenis urīnā ir saistīts ar augstāku eGFR. Un otrādi, izmantojot UMOD rs12917707 kā instrumentālo mainīgo viena izlases Mendeļa randomizācijā, augstāks uromodulīna līmenis bija cieši saistīts ar eGFR samazināšanos.

4. att. Mendeļa randomizācijas analīzes apstiprina augstāka urīna uromodulīna līmeņa saistību ar zemāku nieru darbību un augstāku asinsspiedienu. divu paraugu MR, lai novērtētu divvirzienu cēloņsakarības starp urīna uromodulīnu (uUMOD) un eGFR un starp CKD un asinsspiedienu (BP). Analīzes tika veiktas meta-GWAS uUMOD, iesaistot 10 884 personas; CKD Genetics (CKDGen) konsorcijs, 121 GWAS, tostarp 567 460 Eiropas senču indivīdu, metaanalīze; un apvienotā Apvienotās Karalistes Biobankas (UKB) un Starptautiskā asinsspiediena konsorcija (ICBP) GWAS analīze, kas veidoja 757 601 personu. b Daudzfaktoru MR, lai novērtētu uUMOD tiešo un netiešo ietekmi uz asinsspiedienu, izmantojot eGFR, un uUMOD ietekmi uz eGFR caur asinsspiedienu, pamatojoties uz MR cēloņsakarību starp iedarbību, mediatoru un iznākumu 2-parauga MR analīzēs. Analīze liecina, ka uUMOD saistība ar augstāku BP daļēji ir saistīta ar pavājinātu nieru darbību, turpretī šķiet, ka BP nav starpnieks uUMOD saistību ar zemu nieru darbību. Modificēts no Ponte et al. [48] ​​un Tērners un Staplins [66]

MR pētījumu interpretācijā ir jāintegrē tas, ka ģenētiskajiem variantiem var būt arī citas sekas, kas pārsniedz pētīto biomarķieri - situāciju, ko sauc par ģenētisko pleiotropiju. Tā kā uromodulīns modulē nātrija transportu un ietekmē sāls jutību [47], mūsu MR analīze pamatoja ģenētisko saistību starp galveno UMOD variantu un asinsspiedienu papildus CKD un eGFR [48]. Tādējādi mēs četriem GWAS konsorcijiem izmantojām divu paraugu Mendeļa randomizāciju, lai izpētītu cēloņsakarības starp urīna uromodulīna līmeni un eGFR, CKD risku (567 460 indivīdiem) un asinsspiedienu (757 461 indivīds). Augstāks uro modulīna līmenis ir būtiski saistīts ar zemāku eGFR, lielāku eGFR samazināšanās vai CKD iespējamību un augstāku sistolisko vai diastolisko asinsspiedienu. Lai gan urīna uromodulīna līmeņa cēloņsakarība uz HNS risku nav atkarīga no asinsspiediena, ietekmi uz asinsspiedienu ietekmē eGFR [48]. Šie dati apstiprina, ka ģenētiski virzītam uromodulīna līmenim ir tieša, cēloņsakarīga un negatīva ietekme uz nieru darbības rezultātiem vispārējā populācijā, ko neietekmē asinsspiediens (4. attēls). Tie sniedz spēcīgu pamatojumu, lai izpētītu mehānismu, ar kuru paaugstināts uromodulīna līmenis urīnā var veicināt HNS un vai var noteikt piemērotu uromodulīna ražošanas/sekrēcijas modulatoru [48, 66].

UMOD lokuss un adaptācija pret uropatogēniem

Kā minēts iepriekš, UMOD varianti, kas saistīti ar hipertensijas un CKD risku vispārējā populācijā, palielina uromodulīna ekspresiju un izdalīšanos ar urīnu [11, 13, 53]. Tomēr populācijas ģenētikas pētījumi liecināja, ka augstākā UMOD GWAS varianta rs4293393 T alēle, kas saistīta ar CKD risku, ir senču alēle un lielākajā daļā mūsdienu populāciju tiek turēta bieži [22, 65]. Faktiski UMOD senču alēles sadalījums neatbilst senču jutības modelim, kas novērots variantiem, kas saistīti ar sāls jutīgu hipertensiju, ti, lielāku sāli aizturošo alēļu izplatību Āfrikā var salīdzināt ar populācijām ārpus Āfrikas, kas atspoguļo attīrīšanu. atlasi ārpus Āfrikas [52]. Tā vietā riska variants uzrādīja būtisku korelāciju ar patogēnu daudzveidību (baktērijām, helmintiem) un pret antibiotikām rezistentu UTI izplatību. CoLaus tika atklāta apgriezta korelācija starp uro modulīna līmeni urīnā un UTI marķieriem [22]. Perspektīvā kohortas pētījumā gados vecākiem cilvēkiem, kas dzīvo sabiedrībā, atklājās, ka tiem, kuriem urīna uromodulīna koncentrācija ir augstākajā kvartilē, bija mazāks UTI notikumu risks nekā zemākajā kvartilē neatkarīgi no klasiskajiem UTI riska faktoriem [19].

Ir zināms, ka uromodulīnam piemīt pretmikrobu īpašības urīnā, un Umod-nokautas peles ir vairāk pakļautas UTI, ko izraisa -1 tipa fimbriated E. coli (FimH adhezīns), nekā to savvaļas tipa metiena biedri [2, 35]. UTI ir viena no visbiežāk sastopamajām bakteriālajām infekcijām, ar augstu sastopamības biežumu un atkārtošanās risku jaunām sievietēm un iespējamām komplikācijām, kas var samazināt fizisko sagatavotību. Patogēni un infekcijas slimības cilvēces vēsturē ir radījušas spēcīgu selektīvu spiedienu [18]. Tādējādi UMOD senču alēle, kas veicina lielāku uromodulīna izdalīšanos ar urīnu, var būt saglabāta ļoti bieži, jo tai ir aizsargājoša iedarbība pret UTI [22]. Šo hipotēzi apstiprina strukturāli un bioķīmiskie pētījumi, kas parāda, ka augstie cilvēka deguna N-glikāni pie Asn275 atlikuma uromodulīna cisteīnu bagātajā D8C domēnā ir kritiski svarīgi FimH saistīšanai un tādējādi UPEC izraisītas urīnpūšļa epitēlija kolonizācijas novēršanai. Uromodulīna spēju saistīt un agregēt baktērijas novērš augsta mannozes N-glikāna noņemšana vai d-mannozes pārpalikuma konkurences efekts [68]. Jāatzīmē, ka uromodulīns spēja arī agregēt citas baktērijas, kas iesaistītas cilvēka UTI, tostarp Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa un Streptococcus mitis [68]. Šie dati parādīja uromodulīna lomu aizsardzībā pret UTI, pateicoties spējai agregēt uropatogēnus un novērst to adhēziju pie urotēlija.

Retas UMOD mutācijas izraisa autosomāli dominējošu tubulointersticiālu nieru slimību

Papildus izplatītajiem ģenētiskajiem variantiem, kas saistīti ar riskuHNSun hipertensija GWAS, dominējošās iedzimtās mutācijas UMOD izraisa retunieru darbības traucējumiizraisotnieru mazspēja.

Autosomāli dominējošā tubulointersticiāla nieru slimība (ADTKD, MIM # 16 200) ir arvien vairāk atzīts nieru slimības beigu stadijas cēlonis, kam raksturīgi kanāliņu bojājumi un intersticiāla nieru fibroze, ja nav glomerulāru bojājumu. Skartajām personām ir urīna koncentrācijas defekti, progresējoša hroniska nieru slimība (HNS), normāla līdz viegla proteīnūrija un normāla izmēra nieres, bieži vien ar pozitīvu ģimenes anamnēzi [12, 14]. Salīdzinoši specifiska sajūta ir hiperurikēmija, ko izraisa zema daļēja urīnskābes izdalīšanās, izraisot podagru, parasti pirms HNS sākuma [41]. Slimība vienmēr progresē līdznieru slimība beigu stadijā(ESKD) pieaugušā vecumā, ar penetrance 100%. Reti (MAF<10–4), dominant mutations in UMOD represent the most frequent cause of ADTKD (ADTKDUMOD). More than 95% of the UMOD mutations associated with ADTKD are missense, often targeting cysteine residues and leading to the formation of uromodulin aggregates within the endoplasmic reticulum (gain-of-toxic function) with a sharp decrease of its excretion in urine. Over 100 mutations in UMOD have been associated with ADTKDUMOD, with an overall prevalence of ~2% in patients with nieru mazspēja, kas ir viena no visbiežāk sastopamajām monogēnām nieru slimībām [21, 24].

ADTKD-UMOD patogēnais mehānisms ir saistīts ar mutanta uromodulīna toksisko uzkrāšanos TAL šūnās ar ER paplašināšanos un paralēlu olbaltumvielu līmeņa samazināšanos urīnā [12]. Pētījumi ar peles modeļiem, kas satur uromodulīna mutācijas, apstiprina, ka mutanta uromodulīna intracelulāra uzkrāšanās izraisa ER stresu, nesalocītā proteīna reakcijas indukciju un sekojošus cauruļveida bojājumus un intersticiālu fibrozi, kas pamato toksiskās funkcijas mehānisma palielināšanos ADTKD-UMOD [53]. Šis mehānisms liek domāt, ka mutanta proteīna ražošanas samazināšana, piemēram, izmantojot antisensu oligonukleotīdus, varētu būt stratēģija slimības gaitas palēnināšanai. Thenierēm specifiska izpausmeUMOD, un vieglais fenotips Umod nokautām pelēm apstiprina šādas pieejas potenciālo vērtību [12].

Tādējādi UMOD ir saistīts ar abām ģenētisko slimību spektra galējībām: īpaši reti sastopami varianti ar lielu efektu (ADTKD-UMOD) un bieži sastopami GWAS varianti, kas saistīti ar samazinātu eGFR un CKD risku vispārējā populācijā. Tādējādi traucējumi, kas saistīti ar uromodulīna ražošanu un/vai izdalīšanos, ir plaši nozīmīgi.

Secinājumi un perspektīvas

Trīsdesmit gadus pēc pirmā iesaistītā gēna identificēšanasiedzimta nieru slimība, arvien efektīvāku un pieejamāku ģenētisko rīku izmantošana ir ļāvusi palielināt diagnozes efektivitāti retajiemnieru darbības traucējumi, lai noskaidrotu ģenētisko neviendabīgumu un slimību ontoloģiju un atklātu modifikatorus, kas saistīti ar intrafamiliālo mainīgumu [10, 60, 67, 69]. Visa genoma, SNP genotipēšanas un fenotipa datu izmantošana ir arī palīdzējusi noskaidrot sarežģītās ģenētiskās variācijas lomu trūkstošajā pārmantojamībā, kas novērota CKD un ar nierēm saistītām pazīmēm. Piemēram, nesen veikts pētījums pierādīja mainīgo nukleotīdu tandēma atkārtojumu (VNTR) ietekmi MUC1 ar vairākiem nieru fenotipiem [38].

Jaunu gēnu atklāšana veicinās daudzlīmeņu pētījumus, kas pamato šūnu mehānismus un iespējamos zāļu mērķus. Šīm analīzēm vajadzētu vēl vairāk atšifrēt ģenētisko nepārtrauktībunieru slimību risks, ar gēniem, kas saistīti no retiem Mendeļa traucējumiem līdz parastajām variācijām vispārējā populācijā. Piemēri ir gēni, kas iesaistīti NaCl apstrādē nieru kanāliņu līmenī (piemēram, SLC12A3, KCNJ1, SLC12A1, UMOD), kas arī attiecas uz asinsspiediena regulēšanu populācijā; gēni, kas iesaistīti receptoru izraisītā endocitozē proksimālajā kanāliņā (piemēram, LRP2, CUBN, DAB2), par kuriem GWAS liecina, ka tie ietekmē nieru darbību un HNS risku; gēni, kas saistīti ar retiem Ca2+ un Mg2+ apstrādes traucējumiem (piemēram, CASR, TRPM6, CLDN14, CNNM2), kas arī ir saistīti ar minerālu homeostāzi un vielmaiņas iezīmēm vispārējā populācijā [67]. Mehānismi, kas uztur retu un izplatītu variantu ietekmi šajos gēnos vai papildu gēnos, ko identificējusi GWAS, sniegs ieskatu dažādos nieru darbības aspektos.

Lielu genoma datu kopu analīze liecina, ka ģenētiskiem variantiem ar vidēji lielu efektu ir jāpārvar plaisa starp retiem, augstas iedarbības variantiem, kas izraisa Mendeļa traucējumus, un biežiem, zemas iedarbības variantiem, kas saistīti ar sarežģītām slimībām (1. att.). Šie vidējas iedarbības varianti var izraisīt vai nu ne pilnībā penetrējošu Mendeļa slimību, vai oligo/poligēnu modeli, kas modificē slimības ekspresivitāti [30]. Šādi vidējas iedarbības varianti var būt arī daļa no ģenētiskā kontinuuma, kas ir HNS pamatā, pamatojoties uz retu, patogēnu variantu trūkumu vairumā HNS pacientu [24] un trūkstošo pārmantojamību GWAS [70]. Nesen mēs identificējām un raksturojām UMOD vidēja efekta variantus, kas veicina CKD, šķērsojot vispārējās populācijas datu kopas ar atlasītajiem variantiem, par kuriem ziņots ADTKD; bioloģisko un fenotipisko efektu lielumu analīze, izmantojot in silico modelēšanu, šūnu sistēmas, datu bāzes un biobankas; un apstiprinot ietekmi uz nieru mazspēju 100,{11}} Genomes Project un UK Biobank [43].

Ģenētiskās informācijas iegūšana pacientiem ar retunieru slimībasjau pamato precīzo medicīnu un, iespējams, strauji pieaugs [10, 17, 36]. Izmantojot lielākas GWAS un uzlabotas statistikas metodes, tiks izveidoti poligēna riska rādītāji (PRS), lai agrīni identificētu subjektus, kuriem ir risks saslimt ar sarežģītām nieru slimībām, pirms ir parādījies eGFR samazinājums, piedāvājot agrīnas iejaukšanās iespēju [27, 70 , 72].

Atsauces

1. Barker DF, Hostikka SL, Zhou J et al (1990) COL4A5 kolagēna gēna mutāciju identificēšana Alporta sindromā. Zinātne 248:1224–1227

2. Bates JM, Raf HM, Prasadan K et al (2004) Tamm-Horsfall proteīna nokautas peles ir vairāk pakļautas urīnceļu infekcijām. Kidney Int 65:791–797

3. Böger CA, Gorski M, McMahon GM et al (2017) NFAT5 un SLC4A10 loki asociējas ar plazmas osmolalitāti. J Am Soc Nephrol 28:2311–2321

4. Brunati M, Perucca S, Han L et al (2015) Serīna proteāzes pepsīns veicina urīna sekrēciju un Zona polimerizāciju

5. Pellucida domēna proteīna uromodulīns. Elife 4: e08887 Buf R, Korstanje R. (2022) Ģenētiskā fona ietekme uz nieru slimības peles modeļiem. Kidney Int (nodošanā)

6. Corre T, Arjona FJ, Hayward C et al (2018) Genoma mēroga metaanalīze atklāj mijiedarbību starp magnija homeostāzi un vielmaiņas fenotipiem. J Am Soc Nephrol 29:335–348

7. Corre T, Olinger E, Harris SE et al (2017) Bieži sastopamie CLDN14 varianti ir saistīti ar atšķirīgu magnija izdalīšanos no kalcija urīnā. Pfugers Arch 469:91–103

8. Davezac N, Tondelier D, Lipecka J et al (2004). Globālā proteomiskā pieeja atklāj keratīnu 8 un 18 iesaistīšanos cistiskās fibrozes transmembrānas vadītspējas regulatora (CFTR)/deltaF{{4}CFTR ievadīšanā plazmas membrānai. Proteomics 4:3833–3844

9. Denic A, Mathew J, Lerman LO et al (2017) Viena nefrona glomerulārās filtrācijas ātrums veseliem pieaugušajiem. N Engl J Med 376:2349–2357

10. Devuyst O, Knoers NV, Remuzzi G, Schaefer F (2014) Reti iedzimtas nieru slimības: izaicinājumi, iespējas un perspektīvas. Lancet 383:1844–1859

Atbalsta pakalpojums:

E-pasts:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel.:+86 15292862950

Veikals:

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