Adams familie i nyrefysiologi og patologi del 1

ABSTRAKT

Klik på Cistanche Tubulosa-tilskud til nyre

Spørg for mere:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

1. Introduktion

A disintegrin og metalloproteaser (ADAM'er)familie tilhører type I transmembrane og udskilte metalloendopeptidaseproteiner, som medierer spaltningen af ​​det ekstracellulære domæne (ectodomæne) af membranproteiner. ADAM'erne regulerer adskillige proteiner, herunder vækstfaktorer, cytokiner, receptorer og adhæsionsmolekyler, som spiller væsentlige roller i adskillige biologiske processer såsom cellemigration, celleadhæsion, proteolyse og signaltransduktion. Til dato er ADAM'er blevet fundet i forskellige pattedyrs genomer, f.eks. 37 ADAM'er i rotter, 34 ADAM'er i mus og 21 ADAM'er hos mennesker. ADAM'er er fundamentale for normal udvikling og morfogenese, herunder sæd-æg-interaktion, embryonal udvikling og differentiering, bestemmelse af celleskæbne og forskellige aspekter af immunitet. Dysregulering af ADAM'er er forbundet med flere menneskelige patologier såsom kardiovaskulære og neurodegenerative sygdomme, cancer, astma, inflammation ognyresygdommeog giver således potentielle terapeutiske mål for disse sygdomme.

ADAM'er regulerer og koordinerer cellulær signalering som reaktion på ændringer i nyrens fysiologi og patologi. I denne gennemgang fokuserer vi på ADAM'ers fysiologiske roller i nyreembryologisk udvikling og opsummerer ADAM'ers patologiske roller inyresygdomme. Vi diskuterer også potentialet og udfordringerne ved at målrette ADAM'er til at forebygge og behandlenyresygdomme.

2. ADAMs struktur, regulering og funktion

Den typiske struktur for Adams består af et prodomæne, et metalloproteinasedomæne, et disintegrindomæne, et cysteinrigt domæne, et epidermal vækstfaktor (EGF)-lignende domæne efterfulgt af en transmembranregion og en cytoplasmatisk hale (fig. 1) . Det cysteinrige domæne og det EGF-lignende domæne erstattes af det membranproksimale domæne i ADAM10 og ADAM17, som betragtes som atypiske familiemedlemmer af ADAM'er [1 3]. Strukturelt efterfølges prodomænet af metalloproteasedomænet, og deres interaktion er afgørende for Adams' proteolytiske aktivitet [2, 4]. Til en vis grad kan disintegrindomænet selektivt binde til integriner for at mediere celleadhæsion, cellemigration og celle-celle-interaktioner. Det cysteinrige domæne indeholder en hypervariabel region (HVR), der bidrager til Adams' funktion ved at genkende deres substrater og regulere den katalytiske aktivitet. Denne region kan være involveret i modulering af subcellulær lokalisering og protein-protein-interaktioner [5]. Den forskellige sammensætning af de cytoplasmatiske haler er afgørende for deres varierende funktioner i metalloproteaseaktivitet, intracellulær signalering og subcellulær lokalisering.

I de senere år har forskning i brugen af ​​stamceller og et kinesisk naturlægemiddel til behandling afnyresygdommehar fået stor opmærksomhed. Hovedmekanismen for de to terapier er at fremme reparationen af ​​skadet nyrevæv og beskytte de resterende nyrefunktioner.

Det kinesiske urtemiddel, Cistanche, er blevet brugt i traditionel kinesisk medicin til at behandle forskelligekroniske nyresygdommesiden oldtiden. Det er rapporteret, at cistanche har potentialet til at reducere inflammation,reducere nyrefibrose,og fremme syntesen af ​​ekstracellulære matrixkomponenter. Det er blevet afsløret, at disse virkninger skyldes dets bioaktive komponenter, herunder mange phenoliske stoffer, triterpenoider og coumariner.

På den anden side har stamcelleteknologi forårsaget en revolution i medicinsk praksis. Forskning har vist, at stamceller kan differentiere til forskellige typer af nyreceller og udføre terapeutiske aktiviteter, herunder at beskytte de resterende funktionelle nyrevæv, bremse vævsfibrose og reparere beskadiget nyrevæv.

I sidste ende kan kombinationen af ​​traditionel kinesisk medicin med moderne videnskab være nøglen til at behandle forskelligenyresygdomme.Denne strategi er efterhånden blevet accepteret af det medicinske samfund, og undersøgelser har allerede vist, at den kombinerede terapi med cistanche- og stamcellebehandling kan reducere dødeligheden afnyresygdomme.

Afslutningsvis, brugen af ​​cistanche og stamcellebehandling i behandlingen afnyresygdommeviser et stort potentiale og kræver yderligere forskning. Den kombinerede behandling af de to behandlinger kunne give en forbedret behandlingsmulighed for dem, der står over fornyresygdomme.

De ekstracellulære og intracellulære veje for ADAM-aktivering er indviklede, da regulering ofte sker gennem konformationelle ændringer, aktivatorer eller inhibitorer. Efter biosyntese i det endoplasmatiske retikulum og modning i Golgi-kompartmentet udskiller ADAM'er inaktive zymogener. Den cytoplasmatiske hale kontrollerer tilbageholdelsen af ​​korrekt foldede ADAM'er i Golgi-rummet ved hjælp af en uidentificeret mekanisme, som forhindrer frigivelsen af ​​ADAM's aktivitet ved cellemembranen [6, 7]. Prodomænet hæmmer Adams-aktiviteten ved at opretholde metalloproteinasedomænet i en inaktiv konformation, og prodomænespaltning af furin-type proteaser og PC7 frigiver den katalytiske aktivitet i en proces, der sker ved overgang til celleoverfladen [1,4,8]. Ud over virkningerne af konformationelle ændringer på ADAMs aktiviteter undertrykker ADAMs aktiviteter også af endogene vævsinhibitorer af metalloproteinaser (TIMPs), som har en specifik hæmmende virkning på forskellige ADAMs familiemedlemmer.

ADAM-medieret spaltning af ektodomæneudskillelse er en proces til frigivelse af det ekstracellulære domæne ved proteolytisk spaltning. De forskellige substrater for ADAM'er inkluderer vækstfaktorer, cytokiner, kemokiner, adhæsionsmolekyler, proteiner i den ekstracellulære matrix og receptorer og ligander af signalveje, og således spiller ADAM's ektodomæneudskillelse en fremtrædende rolle ikke kun i celleproliferation, differentiering og adhæsion men også i signaltransduktion. Desuden er ADAM-medieret ektodomæneudskillelse blevet identificeret i exosomer, hvilket potentielt bidrager til intercellulær kommunikation [9,11]. Ud over deres roller i ektodomæneudskillelse har ADAM'er også evnen til at modulere intracellulær signaltransduktion. ADAM'erne spiller en stor rolle i transmembran proteinudskillelse, et initierende trin for reguleret intramembran proteolyse (RIP), der frigiver intracellulære domæner og regulerer intracellulære signalbegivenheder. Notch-signalering og amyloid-precursor-proteinbehandling er typiske eksempler på RIP.

I de sidste par år har ADAM10 og ADAM17 været de mest undersøgte familiemedlemmer. Adskillige forskere har bekræftet rollerne for ADAM10 og ADAM17 i de renale fysiologiske og patologiske processer (tabel 1). ADAM10 udtrykkes i renale tubulære celler og er involveret i flerenyresygdomme [12]. Mens ADAM17 er svagt udtrykt i proksimale tubuli, glomerulært endotel og mesangium, er dets ekspression markant induceret i interstitiel fibrose og tubulær atrofi [13, 14]. Betydningen af ​​ADAM-medieret signalering inyreer blevet anerkendt og fremhævet. Dernæst gennemgår vi nyere indsigt i ADAMs molekylære cellebiologi i sammenhæng med normale og unormalenyrerog diskutere de præcise funktioner af ADAM-proteiner i nefrogenese,nyrecellulære effekter, ognyresygdommeseparat.

3. ADAMs i nefrogenese

ADAM'er er essentielle proteaser involveret i embryoudvikling via kontrol af celleproliferation, celledifferentiering, cellemigration og organmorfogenese. Forskellige fænotyper er blevet observeret i ADAM knockout-mus på grund af den brede ekspression af ADAM'er i pattedyrsvæv, men kun ADAM10, ADAM17 og ADAM19 null-mus har defekter i embryoudvikling [15]. I denne anmeldelse fokuserer vi på omfattende information om ADAM-familien undernyre udvikling, og kort opsummere rollerne for de to velstuderede medlemmer, ADAM10 og ADAM17.

ADAM10 er bedst kendt for sin funktion i ligandafhængig Notch S2-spaltning, som er ansvarlig for at mediere Notch-vejen. Notch-signalering har flere effekter gennem udviklingen af ​​forskellige væv og celletyper. Ved nyreudvikling kontrollerer Notch-signalering proksimale tubulære epitelcellers skæbne såvel som opsamling af kanalcellesammensætning. Høj ekspression af Notch2 er observeret i den udviklende ureterale knop (UB), og ADAM10 er også stærkt udtrykt i den sene UB, hvilket indikerer, at ADAM10 er involveret i metanephrisk udvikling [16]. Desuden udtrykkes spaltegener i det metanephriske mesenchym, mens Robo1 også findes i UB. Således kan ADAM10 deltage i regulering af Slit-Robo-signalering under nefrogenese [17, 18]. Det viste, at ADAM10-mangel i UB reducerede hovedceller/interkalerede celleforhold i opsamlingskanalen med en reduktion af Notch-aktivitet. ADAM10-mangelmus har polyuri og hydronefrose, hvilket tyder på, at disse mus har defekter i urinkoncentrationen. Tilsammen spiller ADAM10 en uundværlig rolle i at bestemme celleskæbnen for opsamlingskanaler, hvilket delvist er nødvendigt for den normale udvikling af nyreopsamlingskanaler [19]. Under udvikling interagerer glomerulære endotelceller med mesangiale celler og podocytter for at generere den modne glomerulære vaskulære struktur. Normal Notch-signalering er afgørende for modning af podocytter og mesangiale celler, hvilket er afgørende for korrekt glomerulær udvikling [20, 21]. Notch1-mangel såvel som inaktivering af ADAM10 i endotelceller resulterer i lignende glomerulære defekter, der reddes ved overekspression af Notch-signalering i ADAM10-mangelmus. Disse resultater indikerer, at ADAM10--afhængig Notch-signalering spiller en central rolle i udviklingen af ​​glomerulus [22]. Desuden rapporterede Farbers gruppe, at ADAM10/Notch-signalering fremmede modningen af ​​den glomerulære vaskulatur [23]. Derudover er øget ekspression af ADAM10 blevet påvist i differentierede podocytter [24]. Derfor bidrager ADAM10 til forskellige aspekter af nyreudviklingen (fig. 2).

Fig. 2.Roller af ADAM10-signalering i nyreudvikling. Notch-receptoren aktiveres ved ligandbinding efter ADAM10 medierede S2-stedets spaltning af Notch-ligander og anden gamma-sekretase-proteolytisk spaltning på S3-stedet. Under nefrogenese er ADAM10/Notch-signalering delvis nødvendig for den normale udvikling af renale samlekanaler. Og normal Notch-signalering er afgørende for modning af podocytter og mesangiale celler, hvilket er afgørende for korrekt glomerulær udvikling. Derudover fremmer ADAM10/Notch-signalering modningen af ​​den glomerulære vaskulatur.

ADAM17 deltager i celleproliferation, differentiering og migration som en pleiotrop regulator af organudvikling, og disse effekter er hovedsageligt forbundet med EGFR-signalering. ADAM17-defekte mus og EGFR-signalerende defekte mus viser lignende udviklingsdefekter, hvilket kan forklares ved nedsatte niveauer af EGFR-ligander og utilstrækkelig EGFR-aktivering [25]. EGFR-vejen spiller også en afgørende rolle inyreudvikling ved at bidrage til induktion af metanefrie strukturer. Adskillige EGF-familiemedlemmer, såsom EGF, TGFa og HB-EGF, udtrykkes under metanephrisk udvikling og kan bidrage til nefronudvikling gennem EGFR-aktivering. In vitro undersøgelser viste, at EGFR-ligander EGF og TGFa stimulerede embryonalnyrecellevækst og -proliferation [26]. Deletionen af ​​EGFR-ligander EREG, AREG og TGFa forringer processen med UB-morfogenese in vitro-kulturer af rottemetanephros [27]. I human nefrogenese kan immunreaktivitet over for HB-EGF påvises i UB fra E14.5-dagen og vare ved gennem hele embryogenese, hvorimod immunoreaktiv EGF og TGFa påvises i alle metanephric strukturer fra den 7. uge og falder under processen med nefrondifferentiering [ 28, 29]. Således medierede rollen som ADAM17- EGFR-signalering undernyreudvikling fortjener yderligere undersøgelse. Interessant nok deltager ADAM17 også i at generere den aktive form af Notch, som er vigtig i glomerulær udvikling [30]. Betingede knockout-mus inyrekunne yderligere belyse bidraget af ADAM17 under nefrogenese.

4. Cellulære virkninger af ADAM'er i nyrerne

Rollerne af ADAM17 i reguleringen af ​​tubulære epitelceller, mesangiale celler og podocytter er opsummeret i fig. 3, og vi diskuterer også kort de cellulære virkninger af ADAM10.

4.1. Rørformede epitelceller

Pånyreskade, ADAM17 opreguleres og aktiveres i TEC'er, hvilket inducerer inflammation og spredning. ADAM17 frigiver EGFR-ligander TGFa og HB-EGF for at aktivere EFGR-signalering, hvilket resulterer i opregulering af pro-inflammatoriske faktorer og inflammatorisk celleinfiltration. En undersøgelse i dyrkede TEC'er viste aldosteron-induceret protein-inflammatorisk gen-opregulering og pro-inflammatoriske faktorer overekspression via ADAM17/EGFR-aktivering. Blokering af ADAM17/EGFR-vejen i disse celler havde antiinflammatoriske virkninger som respons på aldosteron [31]. Ford et al rapporterede, at det øgede oxidative stress i høj glucose-fremkaldt TEC-skade blev forhindret af ADAM17-hæmning, hvilket tyder på, at ADAM17 er en vigtig mediator af renal tubulær inflammation [32]. Disse resultater fremhæver ADAM17 som en vigtig effektor af inflammation ved TEC's skade. Desuden inducerer aktivering af ADAM17-vejen TEC's proliferation og epitel-til-mesenchymal overgang (EMT), som er karakteriseret ved øget ekspression af fibronectin og cellulært kollagen [33,35]. Den ADAM17-medierede vedvarende aktivering af EGFR-signalering interagerer med frigivelse af profibrotiske faktorer og inducerer interstitiel fibrose. Disse resultater peger på et komplekst regulatorisk netværk mellem ADAM17 og TEC'er i inflammation og fibrose.

4.2. Mesangiale celler

Renale mesangiale celler, hovedbestanddelene af det glomerulære mesangium, er kritisk involveret i forskellige glomerulære skader. Som reaktion på skade prolifererede mesangiale celler og blev aktiveret til at producere mesangiale matrixkomponenter, såsom kollagen Ⅳ, fibronectin og laminin, som bidrager til overskydende ekstracellulær matrix (ECM). Desuden inducerer aktiveringen af ​​mesangiale celler også sekretionen af ​​forskellige inflammatoriske cytokiner, kemokiner og adhæsionsmolekyler, hvilket fremmer akkumuleringen af ​​inflammatoriske celler og processen med nyrefibrose.

ADAM17 aktiveres som reaktion på skade, hvilket fører til mesangial celleproliferation og ECM-akkumulering. Som nævnt ovenfor deltager ADAM17 i udskillelsen af ​​EGFR-ligander for at aktivere EGFR og inducerer nedstrøms ERK-phosphorylering. Indledningen af ​​downstream-signalering driver celleproliferation, migration og apoptose [36, 37]. Desuden inducerer ADAM17 ved at engagere EGFR-vejen glomerulær matrixakkumulering, hvilket fører til glomerulosklerose og interstitiel fibrose. Undersøgelser i mesangiale celler har vist, at ADAM17 under høje glukoseforhold aktiveres og regulerer profibrotisk TGFa i akkumuleringen af ​​matrixproteiner [38, 39]. Disse virkninger ophæves af TAPI2, en ADAM17-hæmmer, via blokering af glomerulær kollagenophobning [40]. Derudover medierer ADAM10 og ADAM17 frigivelsen af ​​CXCL16 i mesangiale celler, hvilket fremmer celleproliferation og migration. Navnlig ser både ADAM10 og ADAM17 ud til at deltage i rekrutteringen af ​​immunceller til glomerulus for at drive den inflammatoriske proces [41]. Derudover deltager ADAM15 i reorganiseringen af ​​den mesangiale matrix og migrationen af ​​mesangiale celler i sygdomme [42]. Disse resultater indikerer, at ADAM'er er centralt involveret i responsen fra mesangiale celler efter skade.

4.3. Podocytter

Podocytter spiller vitale roller i opretholdelsen af ​​den glomerulære filtrationsbarriere og er således hovedmålet for skade ved forskellige glomerulære sygdomme. Under skade undergår podocytter morfologiske ændringer, herunder udslettelse af fodprocessen, uregelmæssig form og cytoplasmatiske dråber, som ændrer konstruktionen af ​​den glomerulære basalmembran, hvilket fører til proteinuri. Desuden genererer podocytter reaktive oxygenarter og øger ekspressionen af ​​TGFb og kemokinreceptorer for at aktivere inflammationsassocierede signaler, hvilket igen fremmer podocytskade [43].

De øgede udtryk af ADAM10 og ADAM17 udgør hoveddriveren for podocytskade ved glomerulære sygdomme. Vedvarende podocytskade fører til ADAM17/EGFR-signalaktivering, som nedsætter podocytpermeabiliteten og inducerer podocytregenerering. Dey et al viste, at ADAM17-afhængig EGFR-aktivering ændrede podocytpermeabilitet ved at fremme proteinzonula occludens-1-omlejring, hvorimod disse effekter blev svækket af EGFR-hæmning og ADAM17-nedregulering [44]. I dyrkede humane podocytter reducerer inhibering af ADAM17 konstitutiv og phorbolester-induceret udskillelse af EGFR-liganden TGFa såvel som cellulær proliferation [13]. Desuden er ADAM10 og ADAM17 involveret i frigivelsen af ​​CXCL16 fra podocytter, som spiller en vigtig rolle i at mediere inflammatoriske faktorer og podocytmigrering. CXCL16 er en scavenger-receptor, og dens frigivelse medierer optagelsen af ​​ox-LDL for at inducere reaktive oxygenarter og fibronectin i podocytter [45]. En anden undersøgelse afslørede, at ADAM10-medieret CXCL16-frigivelse modulerede actincytoskelettet såvel som fremmede podocytmigrering [46]. ADAM10 er især blevet identificeret som den vigtigste regulator for Notch-signalering, som deltager i udviklingen af ​​glomerulær sygdom. Adskillige undersøgelser har antydet, at Notch-aktivering i podocytter bidrog til udslettelse af fodprocessen og efterfølgende albuminuri og glomerulosklerose [47]. Det komplekse regulatoriske netværk mellem ADAM10 og Notch-signalering ved podocytskade mangler stadig at blive belyst.

Spørg om mere: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501