Cistanche Research: Фармакологични епигенетични модулатори на алкална фосфатаза при хронично бъбречно заболяване, част 2

КликнетеТукза част 1

ЕПИГЕНЕТИЧНА РЕГУЛАЦИЯ НААЛКАЛНА ФОСФАТАЗА

Терминът епигенотип е въведен през 1942 г. от Уодингтън, който заключава, че между генотипа и фенотипа лежи цял комплекс от процеси на развитие“[84]. Съвременното определение наепигенетикавключва модификации на ДНК и свързани протеини, които не включват промени в основната ДНК последователност, които се влияят от околната среда и се поддържат по време на клетъчното делене, което причинява стабилни промени в генната експресия [85&]. Основнотоепигенетиченфактори са метилиране на ДНК, посттранслационни промени на хистони и структура на хроматина от по-висок порядък. Посттранслационните модификации на хистоните влияят върху структурата на хроматина, достъпността и набирането на транскрипционни машини, за да диктуват дали гените да бъдат включени или изключени. Тези динамични модификации оркестрират клетъчните реакции към стимули от околната среда, развитието или метаболитни стимули чрез модификация на транскриптома. Въпреки това,епигенетикаможе да е в основата на нерегулирана генна експресия при болестни състояния, включително рак [86] и патологични възпалителни процеси [87]. Ензими или протеини, които генерират или взаимодействат сепигенетиченпромените могат да бъдат класифицирани като писатели, изтриващи или четци, в зависимост от това дали добавят, премахват или разпознават посттранслационна модификация (фиг. 3).

ФИГУРА 3. Хроматинът се състои от ДНК и протеини, които генерират компактна структура, критична за опаковането и стабилността на еукариотните хромозоми. Първичните протеинови компоненти са хистони, около които се навива ДНК, за да образува нуклеозома.Епигенетикавключва ковалентни модификации на хроматина, които не засягат основната ДНК последователност. Ковалентните модификации на хроматина влияят както върху структурата на хроматина, така и върху набирането на транскрипционни комплекси, които всъщност включват или изключват гените. Тези динамичниепигенетиченмодификациите се извършват чрез добавяне (записване) и премахване (изтриване) на посттранслационни модификации, последвано от „четене“, което диктува генната експресия и евентуалния фенотипен отговор.

Ацетилиране на хистони

Ацетилирането на хистони е свързано с отворена структура на хроматина, достъпност за свързване на транскрипционен фактор и активна транскрипция [88&]. Хистони на ацетилиращи въздействияалкаленекспресия на фосфатаза. Инхибиторите на хистон деацетилаза (HDACi) повишават ацетилирането на хроматин. In vitro, HDACi-индуцирана експресия наалкаленфосфатаза-L насърчава остеогенната диференциация на човешки мезенхимни стволови клетки [89]. Механично, ацетилирането на хистони е свързано с регулирането на костните морфогенетични протеини, WNT сигнализиране и индукция на RUNX2 [90]. Дали ацетилирането влияе директно върху промоторите наалкаленфосфатаза-L експресията е област на текущи изследвания.

Проучванията за метилиране на ДНК показват, чеалкаленфосфатаза-L промоторът A1E е силно метилиран [91]. Delgado-Calle и др. [92], демонстрира, че метилирането на ДНК има важна роля в модулирането наалкаленфосфатазаекспресия в човешки остеобластоподобни клетки. Те показаха обратна връзка между статуса на метилиране на CpG остров, простиращ се от -579 до þ836 bp наалкаленфосфатазаген, включително промоторната област, което предполага товаепигенетиченрегулирането чрез деметилиране на ДНК силно се засилваалкаленфосфатазаизразяване и дейност [92]. Във VSMC както фосфатните, така и хидроксиапатитните нанокристали модулират метилирането на ДНК, което води до повишена алкална фосфатазна активност и индуциране на остеобластоподобен фенотип [93,94]

Cistanche може да избегне хронично бъбречно заболяване.

МикроРНК

Дълги некодиращи РНК имикроРНКсъщо са ключовиепигенетиченфактори, които участват в посттранскрипционната генна регулация [77,95&]. TheмикроРНКса малки некодиращи едноверижни РНК молекули, приблизително 18-25 нуклеотида, които инхибират протеиновия синтез чрез свързване към 30- нетранслираната област на иРНК, за да блокират транслацията на протеини и/или да модулират стабилността на иРНК. Чрез изчислителни прогнози е изчислено, че повече от 50 процента от всички гени, кодиращи човешки протеини, са потенциално регулирани отмикроРНК[96]. Регулиране на коститемикроРНКиграят ключова роля в остеогенната диференциация и сигналните пътища, участващи в остеогенезата [77,95&,97,98]. Ключовите транскрипционни фактори Runx2 и Osx се регулират надолу от множествомикроРНКв плурипотентни мезенхимни клетки за потискане на костния фенотип в неносни клетки и тъкани [77,99].

някоимикроРНКе установено, че потискат и насърчават различни сигнални пътища, свързани с остеогенната диференциация [95&,100&]. Намалена експресия на иРНК за колаген I,алкаленфосфатаза, а остеокалцинът е открит, докато свръхекспресира miR- 375, което предполага, че miR-375 може да потисне остеогенната диференциация чрез насочване към Runx2 [101]. Съобщава се също, че свръхекспресията на miR-133a-5p инхибираалкаленфосфатазаекспресия и минерализация чрез насочване към Runx2 [102]. Li et al. [103], демонстрира, че miR-216a насърчава диференциацията на остеобластите и засилва образуването на кост.

ФАРМАКОЛОГИЧНИ ЕПИГЕНЕТИЧНИ ИНТЕРВЕНЦИИ НАЦЕЛЕНИАЛКАЛНА ФОСФАТАЗА

МикроРНК

Като се има предвид повсеместната експресия на алкалната фосфатаза, нейната централна роля в биоминерализацията и високата честота насъдова калцификацияпри пациенти схрониченбъбрекзаболяване, разумно е да се изследват фармакологичнитеепигенетиченмодулиране на алкалната фосфатаза като потенциална терапевтична мярка, насочена към превенция на сърдечно-съдови усложнения прихрониченбъбрекзаболяване[9& ]. Последните доказателства сочат товамикроРНКса дерегулирани вхрониченбъбрекзаболяване– минерални и костни нарушения [104]. Експерименталните проучвания подкрепят концепцията, чемикроРНКса потенциални цели за подобряванесъдова калцификация[100& ]. Според miRBase версия 22, последователности от 2656 зрели хорамикроРНКса били каталогизирани досега [105]. Следователно е предизвикателна задача да се включат повечето отмикроРНКкоито са били изследвани през годините в този преглед. Скорошни данни обаче показват, че индуцираната от фосфат аортна калцификация задейства miRNA модулация чрез регулиране на miR-200c, miR-155 и miR-322, докато miR-708 и miR{{ 5}} бяха понижени [106&]. другимикроРНКкоито участват всъдова калцификация, следователно потенциални цели за лечение, са miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 и miR-762 [107]. Повечето от тези микроРНК са насочени към двата основни транскрипционни фактора Runx2 и Osx, които влияят върху активността на TN-алкалната фосфатаза и биоминерализацията. несъмнено,микроРНКимат ключова роля в регулирането на прогресията насъдова калцификация; обаче високото изобилие намикроРНКизисква разширени широкомащабни проучвания в целия епигеном, за да се използва напълно потенциалът наепигенетиченрегулиране отмикроРНКза нови терапевтични подходи за подобряванесъдова калцификация.

Бромодомейн и екстратерминално инхибиране Бромодомейн и екстратерминални (BET) протеини BRD2, BRD3, BRD4 и BRDT са четци на хроматин, които не само свързват ацетилиран лизин върху хистонови опашки и транскрипционни фактори чрез бромодомени 1 и 2, но също така набират транскрипционни машини за регулиране на генната експресия [108]. BET инхибиторите (BETi) блокират взаимодействието на BET протеини с ацетилирани хистони или транскрипционни фактори, за да повлияят на експресията на целевите гени [88&].Апабеталоне орално наличен BETi в клинична разработка за лечение насърдечно-съдови заболяване. Той преференциално свързва бромодомен 2 в BET протеини (фиг. 4), което го отличава от pan-BETi, които са насочени към бромодомени 1 и 2 с еднакъв афинитет [109]. В клинични изпитвания,апабеталонлечението намалява основните нежелани сърдечни събития (MACE) при пациенти ссърдечно-съдовизаболяванеи беше свързано с 44% намаление на относителния риск в допълнение към стандартните грижи [110&]. Намаляването на MACE само по азбучен ред се свързва с намаляване на серумната алкална фосфатаза, независимо от традиционните сърдечно-съдови рискови фактори и възпаление [111&]. Проучванията показват, че това лекарство едновременно модулира фактори, които насърчават стабилизирането на атеросклеротичните плаки и намаляването на MACE. HDL холестеролът се повишава [110&,112], докато каскадата на комплемента, реакцията на острата фаза и медиаторите на съдовото възпаление са потиснати [113,114].

ФИГУРА 4. Ацетилирането на хроматин е епигенетична модификация, свързана с отворена хроматинова структура и активна транскрипция. Бромодоменът и допълнителните крайни протеини са „четци на хроматин“, които свързват ацетилиран лизин върху хистони или транскрипционни фактори чрез два тандемни бромодомена 1 и 2 и набират транскрипционни машини (напр. положителен транскрипционен елонгационен фактор и РНК полимераза II), за да стимулират експресията на бромодомен и чувствителен допълнителен терминал гени.Апабеталоне перорално достъпен инхибитор с малка молекула на бромодомен и екстратерминални бромодомени, който причинява освобождаване на бромодомен и екстратерминален протеин от хроматин и, като следствие, регулиране надолу на бромодомена и екстратерминална чувствителна генна транскрипция.Апабеталонпреференциално се насочва към бромодомен 2 (представен от жълт ореол), характеристика, която го разграничава от пан-бромодомена и допълнителни крайни инхибитори, които свързват бромодомени 1 и 2 с еднакъв афинитет.

вхрониченбъбрекзаболяванепациенти с анамнеза засърдечно-съдовизаболяване, подобрено лечение само с азбукабъбречна функцияи намалени циркулиращи нива на алкална фосфатаза [115]. Механично,апабеталонпонижено регулиранеалкаленфосфатазаекспресия в първични човешки хепатоцити и VSMC [116& ], и като следствие, намалени нива на протеин на алкална фосфатаза и ензимна активност. Малкомолекулни инхибитори наалкаленфосфатазаса оценени като терапевтични засъдова калцификация[14] обаче,апабеталонможе да бъде първата модифицирана молекула в клиничен стадийалкаленфосфатазапроизводство. Инвитро,апабеталонпротивопоставя се на калцификация на VSMCs, култивирани в остеогенни условия чрез anепигенетиченмеханизъм, включващ BRD4, който потиска индукцията на прокалцифични гени, включително RUNX2 и алкалнифосфатаза[116& ].

Еднократна доза отапабеталонвхроничен бъбрекзаболяванепациентите в стадий 4–5 бързо водят до намаляване на множество възпалителни цитокини, включително IL-6 [2]. В същото проучване, протеомно профилиране на повече от 1300 плазмени протеини предсказва, че няколко имунни и възпалителни пътища са активирани при пациенти с увреденабъбрекфункция, включително сигнализиране на ядрен фактор-kB (NF-kB), IL-6 или костен морфогенетичен протеин. Тези канонични пътища бяха регулирани надолу с една доза апабеталон, което би повлияло благоприятно на прогресията на бъбречното увреждане и свързаното с негосъдова калцификация.

Cistanche може да се подобрибъбречни функции.

Бромодомен и екстратерминално инхибиране при метаболитни костни нарушения: значение за бъбречна остеодистрофия

Различни предклинични модели на метаболитни костни заболявания са показали, че BETi не намалява костната структура или механичните свойства и вместо това може да увеличи обема на костта и да възстанови механичната здравина [117–120]. Тези проучвания показват, че благоприятните ефекти на BETi върху костните нарушения произтичат от противовъзпалителни ефекти, както иепигенетиченмодулиране на ключови фактори в костното ремоделиране, включително TN-алкаленфосфатаза. N-метил пиролидон (NMP) е лекарствен ексципиент, одобрен от Администрацията по храните и лекарствата на САЩ, идентифициран като биоактивен BETi [121]. Проучвания с NMP в предклинични модели на костна дегенерация позиционират BETi като фармакологична стратегия за превенция или лечение на костни заболявания, характеризиращи се с прекомерна костна резорбция. Многобройни проучвания показват, че BETi потиска възпалителните реакции, медиирани от TNFa и NF-kB [3,122–124]. NMP насърчава растежа на минерализирана кост, която е блокирана от TNFa и възстановява инхибираната от TNFa експресия на основни остеобластни гени, включителноалкаленфосфатаза, RUNX2 и SP7/Osterix [125]. В допълнение, NMP насърчава костната регенерация чрез усилване на BMP2 сигнализирането в остеобластите [126] и инхибира диференциацията на остеокластите, за да намали костната резорбция, индуцирана от рецепторен активатор на NF-kB лиганд [127]. Показано е, че NMP повишава жизнеспособността на остеобластите по време на хипоксия и противодейства на понижената регулация, медиирана от хипоксия, на ключови гени, участващи в минерализацията, включителноалкаленфосфатаза[128]. Механично, лечението с NMP е защитно при поддържане на остеобластната диференциация по време на хипоксия отчасти чрез инхибиране на NF-kB сигнализиране. NMP запазва костната минерална плътност и качеството на костите при овариектомирани плъхове [121], като по същество подобрява остеопорозата, предизвикана от изчерпването на естрогена. Резултатите са проверени в подобни проучвания с използване на N, N-диметилацетамид [127] или по-мощния BETi JQ1, където лечението обръща загубата на костна тъкан, предизвикана от дефицит на естроген [117]. Тези данни предполагат, че BETi терапията може да увеличи костната маса и да подобри костния обмен при възпалителни костни заболявания и потенциално прихрониченбъбрекзаболяване.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Циркулиращата алкална фосфатаза е стабилен и независим рисков маркер засърдечно-съдовизаболяванеи смъртността сред общото население ихрониченбъбрекзаболяване. Повсеместната експресия на алкалната фосфатаза и нейното участие в няколко патофизиологични процеса, свързани ссърдечно-съдовизаболяване, заболяване на костите,хрониченбъбрекзаболяванепрогресия, а когнитивната дисфункция го прави подходящ за многофакторниепигенетиченинтервенции. Положителни резултати от клинични проучвания с новия BETiапабеталонпредполагат ролята на алкалната фосфатаза като възможна нова сърдечно-съдова цел за лечение. Експериментални изследвания с допълнителен BET е имикроРНКпредполагат по-широк терапевтичен потенциал заепигенетиченмодулация на алкалната фосфатаза. Необходими са допълнителни изследвания, за да се установи окончателно алкалната фосфатаза като целево ниво за клинично лечение и да се изясни ефектът от понижаването на серумната алкална фосфатаза към специфични целеви нива върху клиничните резултати.

Благодарности

PM се подкрепя от ALF grants Region O¨stergo¨tland, Швеция. КК-З. се подкрепя от субсидиите на NIDDK R01- DK095668 и K24-DK091419, както и от дарения за филантропия от г-н Харолд Симънс, г-н Луис Чанг, д-р Джоузеф Лий и AVEO.

Финансова подкрепа и спонсорство

Нито един.

Конфликти на интереси

MH е член на бъбречния клиничен консултативен съвет на Resverlogix Inc. и служител на Diaverum Sweden, AB. Получавал е хонорари за консултации и лектори от Resverlogix и Amgen. DG и EK са служители на Resverlogix. КК-З. е член на бъбречния клиничен консултативен съвет на Resverlogix. PM няма конфликт на интереси, свързан с тази статия.

ПРЕПОРЪКИ И ПРЕПОРЪЧИТЕЛНА ЛИТЕРАТУРА

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Хронично бъбречно заболяване: клиничен модел на преждевременно стареене. Am J Kidney Dis 2013; 62: 339-351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM, et al.Хронично бъбречно заболяванеи преждевременно стареене. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732-742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C, et al. Полза отапабеталонвърху плазмените протеини при бъбречно заболяване. Kidney Int Rep 2018; 3:711-721.

4. Милан Дж. Бозайникалкална фосфатаза: от биология към приложения в медицината и биотехнологиите. Вайнхайм: Wiley; 2006 г.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Мултисистемни функции наалкални фосфатази. Методи Mol Biol 2013; 1053:27–51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Количествено определяне на разтворими и скелетниалкална фосфатаза, и неразтворимиалкална фосфатазаанкер-хидролазна активност в човешки серум. Clin Chim Acta 2001; 311: 137-148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. Скелетеналкална фосфатазаактивността се освобождава основно от човешките остеобласти в неразтворима форма и нетното освобождаване се инхибира от калций и скелетни растежни фактори. Calcif Tissue Int 1998; 62:332-340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Различни разпределения на човешка косталкална фосфатазаизоформи в серум и екстракти от костна тъкан. Clin Chim Acta 2002; 325:59-70.