Cistanche Research: Farmakologiske epigenetiske modulatorer af alkalisk fosfatase ved kronisk nyresygdom, del 2

KlikHerfor del 1

EPIGENETISK REGULERING AFALKALINE FOSFATASE

Udtrykket Epigenotype blev opfundet i 1942 af Waddington, som konkluderede, at mellem genotype og fænotype ligger et helt kompleks af udviklingsprocesser'[84]. Den moderne definition afepigenetikomfatter modifikationer af DNA og associerede proteiner, der ikke involverer ændringer i den underliggende DNA-sekvens, som er påvirket af miljøet og vedligeholdes under celledeling, der forårsager stabile ændringer i genekspression [85&]. Det vigtigsteepigenetiskfaktorer er DNA-methylering, posttranslationelle ændringer af histoner og højere-ordens kromatinstruktur. Post-translationelle modifikationer af histoner påvirker kromatinstruktur, tilgængelighed og rekruttering af transkriptionsmaskineri for at diktere, om gener er tændt eller slukket. Disse dynamiske modifikationer orkestrerer cellulære reaktioner på miljømæssige, udviklingsmæssige eller metaboliske stimuli gennem modifikation af transkriptomet. Imidlertid,epigenetikkan ligge til grund for dysreguleret genekspression i sygdomstilstande, herunder cancer [86] og patologiske inflammatoriske processer [87]. Enzymer eller proteiner, der genererer eller interagerer medepigenetiskændringer kan klassificeres som forfattere, viskelædere eller læsere, afhængigt af om de tilføjer, fjerner eller genkender en posttranslationel modifikation (fig. 3).

FIGUR 3. Kromatin består af DNA og proteiner, der genererer en kompakt struktur, der er kritisk for pakningen og stabiliteten af ​​eukaryote kromosomer. De primære proteinkomponenter er histoner, omkring hvilke DNA'et er viklet for at danne et nukleosom.Epigenetikinvolverer kovalente modifikationer af kromatin, der ikke påvirker den underliggende DNA-sekvens. Kovalente modifikationer af kromatin påvirker både kromatinstruktur og rekruttering af transkriptionskomplekser, der i realiteten slår gener til eller fra. Disse dynamiskeepigenetiskmodifikationer udføres ved at tilføje (skrive) og fjerne (slette) posttranslationelle modifikationer, efterfulgt af 'læsning', som dikterer genekspression og eventuel fænotypisk respons.

Histonacetylering

Histonacetylering er forbundet med åben kromatinstruktur, tilgængelighed for transkriptionsfaktorbinding og aktiv transkription [88& ]. Histon af acetyleringspåvirkningeralkaliskfosfatase ekspression. Histon deacetylase hæmmere (HDACi) øger kromatin acetylering. In vitro, HDACi-induceret ekspression afalkaliskfosfatase-L fremmede osteogen differentiering af humane mesenkymale stamceller [89]. Mekanistisk er histonacetylering blevet forbundet med reguleringen af ​​knoglemorfogenetiske proteiner, WNT-signalering og RUNX2-induktion [90]. Hvorvidt acetylering direkte påvirker promotorer afalkaliskfosfatase-L udtryk er et område af igangværende forskning.

DNA-methyleringsundersøgelser har vist, atalkaliskfosfatase-L-promotor A1E er stærkt methyleret [91]. Delgado-Calle et al. [92] viste, at DNA-methylering har en vigtig rolle i moduleringen afalkaliskfosfataseekspression i humane osteoblastlignende celler. De viste et omvendt forhold mellem methyleringsstatussen for en CpG-ø, der strækker sig fra -579 til þ836 bp afalkaliskfosfatasegen inklusive promotorregionen, hvilket indebærer detepigenetiskregulering ved DNA-demethylering øges kraftigtalkaliskfosfataseudtryk og aktivitet [92]. I VSMC modulerer både fosfat- og hydroxyapatit-nanokrystaller DNA-methylering, hvilket resulterer i øget alkalisk fosfataseaktivitet og induktion af en osteoblastlignende fænotype [93,94]

Cistanche kan undgå kronisk nyresygdom.

MikroRNA'er

Lange ikke-kodende RNA'er ogmikroRNA'erer også nøglenepigenetiskfaktorer, der er involveret i posttranskriptionel genregulering [77,95& ]. DetmikroRNA'erer små ikke-kodende enkeltstrengede RNA-molekyler, ca. 18-25 nukleotider, der hæmmer proteinsyntese ved at binde til den 30- utranslaterede region af mRNA for at blokere proteintranslation og/eller modulere mRNA-stabilitet. Det er blevet estimeret, gennem beregningsmæssige forudsigelser, at mere end 50 procent af alle humane proteinkodende gener potentielt er reguleret afmikroRNA'er[96]. KnogleregulerendemikroRNA'erspiller en nøglerolle i osteogen differentiering og signalveje involveret i osteogenese [77,95&,97,98]. Nøgletransskriptionsfaktorerne Runx2 og Osx er nedreguleret af talrigemikroRNA'eri pluripotente mesenkymale celler for at undertrykke knoglefænotypen i ikke-ossøse celler og væv [77,99].

NoglemikroRNA'erhar vist sig at undertrykke og fremme særskilte signalveje relateret til osteogen differentiering [95&, 100& ]. Reduceret mRNA-ekspression for kollagen I,alkaliskfosfatase, og osteocalcin er blevet fundet, mens det overudtrykker miR- 375, hvilket tyder på, at miR-375 kan undertrykke osteogen differentiering ved at målrette mod Runx2 [101]. Overekspression af miR-133a-5p er også blevet rapporteret at hæmmealkaliskfosfataseekspression og mineralisering gennem målretning af Runx2 [102]. Li et al. [103], viste, at miR-216a fremmede osteoblastdifferentiering og forbedret knogledannelse.

FARMAKOLOGISKE EPIGENETISKE INTERVENTIONER MÅLETALKALINE FOSFATASE

MikroRNA'er

I betragtning af den allestedsnærværende ekspression af alkalisk fosfatase, dens centrale rolle i biomineralisering og den høje forekomst afvaskulær forkalkninghos patienter medkronisknyresygdom, er det rimeligt at udforske farmakologiskeepigenetiskmodulering af alkalisk fosfatase som en potentiel terapeutisk foranstaltning rettet mod forebyggelse af kardiovaskulære komplikationer ikronisknyresygdom[9& ]. Nylige beviser tyder på detmikroRNA'erer dereguleret ikronisknyresygdom-mineral- og knoglelidelser [104]. Eksperimentelle undersøgelser understøtter konceptet, atmikroRNA'erer potentielle mål at forbedrevaskulær forkalkning[100& ]. Ifølge miRBase version 22 er sekvenser af 2656 modne menneskermikroRNA'erer blevet katalogiseret indtil videre [105]. Derfor er det en udfordrende opgave at inddrage det mestemikroRNA'ersom er blevet undersøgt gennem årene i denne anmeldelse. Nylige data viser imidlertid, at fosfatinduceret aortaforkalkning udløser miRNA-modulation ved at opregulere miR-200c, miR-155 og miR-322, hvorimod miR-708 og miR{{ 5}} blev nedreguleret [106& ]. AndetmikroRNA'erder er involveret ivaskulær forkalkning, således potentielle behandlingsmål, er miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 og miR-762 [107]. De fleste af disse mikroRNA'er er målrettet mod de to vigtigste transkriptionsfaktorer Runx2 og Osx, der påvirker TNalkalisk fosfataseaktivitet og biomineralisering. Utvivlsomt,mikroRNA'erhar en nøglerolle i at regulere progressionen afvaskulær forkalkning; dog den høje overflod afmikroRNA'erkræver udvidede epigenom-dækkende undersøgelser i stor skala for fuldt ud at udnytte potentialet vedepigenetiskregulering afmikroRNA'erfor nye terapeutiske tilgange til forbedringvaskulær forkalkning.

Bromodæne og ekstra terminal hæmning Bromodæne og ekstra terminale (BET) proteiner BRD2, BRD3, BRD4 og BRDT er kromatinlæsere, der ikke kun binder acetyleret lysin på histonhaler og transkriptionsfaktorer via bromodæne 1 og 2, men også rekrutterer transkriptionsmaskineri til at regulere genekspression [108]. BET-hæmmere (BETi) blokerer interaktionen af ​​BET-proteiner med acetylerede histoner eller transkriptionsfaktorer for at påvirke ekspressionen af ​​målgener [88& ].Apabetaloner en oralt tilgængelig BETi i klinisk udvikling til behandling afkardiovaskulære sygdom. Det binder fortrinsvis bromodæne 2 i BET-proteiner (fig. 4), hvilket adskiller det fra pan-BETi, der målretter mod bromodæne 1 og 2 med samme affinitet [109]. I kliniske forsøg,apabetalonbehandling reducerede alvorlige hjertesygdomme (MACE) hos patienter medkardiovaskulæresygdomog var forbundet med 44 procent relativ risikoreduktion oven i standardbehandlingen [110& ]. Reduktionen af ​​MACE med alfabet alene var forbundet med en reduktion af serum alkalisk fosfatase, uafhængigt af traditionelle kardiovaskulære risikofaktorer og inflammation [111& ]. Undersøgelser viste, at dette lægemiddel samtidig modulerede faktorer, der fremmer aterosklerotisk plakstabilisering og MACE-reduktion. HDL-kolesterol steg [110&,112], mens komplementkaskaden, akut fasereaktion og mediatorer af vaskulær inflammation blev undertrykt [113,114].

FIGUR 4. Kromatin-acetylering er en epigenetisk modifikation forbundet med åben kromatinstruktur og aktiv transkription. Bromodæne- og ekstraterminale proteiner er 'kromatinlæsere', der binder acetyleret lysin på histoner eller transkriptionsfaktorer via to tandem bromodæne 1 og 2 og rekrutterer transkriptionsmaskineri (f.eks. positiv transkriptionsforlængelsefaktor og RNA-polymerase II) til at drive ekspression af bromodæne og ekstra terminal sensitivitet. gener.Apabetaloner en oralt tilgængelig hæmmer af små molekyler af bromodæne og ekstra terminale bromodæner, der forårsager frigivelse af bromodæne og ekstra terminal protein fra kromatin og, som en konsekvens, nedregulering af bromodæne og ekstra terminal sensitiv gentranskription.Apabetalonretter sig fortrinsvis mod bromodæne 2 (repræsenteret ved gul halo), en egenskab, der adskiller det fra pan-bromodæne og ekstra terminale inhibitorer, der binder bromodæne 1 og 2 med samme affinitet.

Ikronisknyresygdompatienter med en historie omkardiovaskulæresygdom, Alfabet alene behandling forbedretnyrefunktionog reducerede cirkulerende niveauer af alkalisk fosfatase [115]. Mekanistisk set,apabetalonnedreguleretalkaliskfosfataseekspression i primære humane hepatocytter og VSMC [116& ] og som en konsekvens reducerede TNalkalisk fosfataseproteinniveauer og enzymatisk aktivitet. Små molekyle hæmmere afalkaliskfosfataseer blevet vurderet som et terapeutisk middel tilvaskulær forkalkning[14], dogapabetalonkan være det første molekyle i klinisk fase, der modificeresalkaliskfosfataseproduktion. In vitro,apabetalonmodsatte sig forkalkning af VSMC'er dyrket under osteogene forhold gennem enepigenetiskmekanisme, der involverer BRD4, der undertrykte induktion af procalcifice gener, herunder RUNX2 og alkaliskfosfatase[116& ].

En enkelt dosis afapabetalonikronisk nyresygdomstadium 4-5 patienter resulterede hurtigt i en reduktion af talrige inflammatoriske cytokiner, herunder IL-6 [2]. I samme undersøgelse forudsagde proteomisk profilering af mere end 1300 plasmaproteiner, at flere immun- og inflammatoriske veje blev aktiveret hos patienter med svækketnyrefungere, herunder nuklear faktor-kB (NF-kB), IL-6 eller knoglemorfogenetisk proteinsignalering. Disse kanoniske veje blev nedreguleret med én dosis apabetalon, hvilket ville have en positiv indvirkning på udviklingen af ​​nedsat nyrefunktion og associeretvaskulær forkalkning.

Cistanche kan forbedre signyrefunktioner.

Bromodæne og ekstra terminal hæmning i metaboliske knoglelidelser: implikation for renal osteodystrofi

Distinkte prækliniske modeller af metaboliske knoglesygdomme har vist, at BETi ikke formindsker knoglestruktur eller mekaniske egenskaber, og i stedet kan øge knoglevolumen og genoprette mekanisk styrke [117-120]. Disse undersøgelser viser, at de gavnlige virkninger af BETi på knoglelidelser stammer fra antiinflammatoriske virkninger, samtepigenetiskmodulering af nøglefaktorer i knogleombygning, herunder TN-alkaliskfosfatase. N-methylpyrrolidon (NMP) er en US Food and Drug Administration-godkendt lægemiddelhjælpestof identificeret som en bioaktiv BETi [121]. Studier med NMP i prækliniske modeller af knogledegeneration har positioneret BETi som en farmakologisk strategi til forebyggelse eller behandling af knoglesygdomme karakteriseret ved overdreven knogleresorption. Talrige undersøgelser har vist BETi undertrykker inflammatoriske reaktioner medieret af TNFa og NF-kB [3.122-124]. NMP fremmede væksten af ​​mineraliseret knogle, der blev blokeret af TNFa og genfandt TNFa-hæmmet ekspression af essentielle osteoblastiske gener, inkl.alkaliskfosfatase, RUNX2 og SP7/Osterix [125]. Derudover fremmede NMP knogleregenerering ved at øge BMP2-signalering i osteoblaster [126] og hæmmede osteoklastdifferentiering for at svække knogleresorption induceret af receptoraktivator af NF-kB-ligand [127]. NMP blev vist at øge osteoblast-levedygtigheden under hypoxi og modvirke hypoxi-medieret nedregulering af nøglegener involveret i mineralisering, bl.a.alkaliskfosfatase[128]. Mekanistisk var NMP-behandlingen beskyttende til at opretholde osteoblastdifferentiering under hypoxi delvist ved at hæmme NF-kB-signalering. NMP bevarede knoglemineraltæthed og kvalitet af knogler i ovariektomiserede rotter [121], hvilket i det væsentlige forbedrede østrogenudtømning-induceret osteoporose. Resultater blev verificeret i lignende undersøgelser med N, N-dimethylacetamid [127] eller den mere potente BETi JQ1, hvor behandling reverserede knogletab induceret af østrogenmangel [117]. Disse data antyder, at BETi-terapi kan øge knoglemassen og forbedre knogleomsætningen ved inflammatoriske knoglelidelser og potentielt ikronisknyresygdom.

KONKLUSION

Cirkulerende alkalisk fosfatase er en robust og uafhængig risikomarkør forkardiovaskulæresygdomog dødelighed i den almindelige befolkning ogkronisknyresygdom. Den allestedsnærværende ekspression af alkalisk fosfatase og dens involvering i flere patofysiologiske processer forbundet medkardiovaskulæresygdom, knoglesygdom,kronisknyresygdomprogression og kognitiv dysfunktion gør den velegnet til multifaktorielepigenetiskindgreb. Positive resultater fra kliniske studier med den nye BETiapabetalonimplicere en rolle for alkalisk fosfatase som et muligt nyt kardiovaskulært behandlingsmål. Eksperimentelle undersøgelser med yderligere BET er ogmikroRNA'erforeslå et bredere terapeutisk potentiale forepigenetiskmodulering af alkalisk fosfatase. Yderligere forskning er påkrævet for definitivt at etablere alkalisk fosfatase som et klinisk behandlingsmålniveau og for at belyse effekten af ​​at sænke serum alkalisk fosfatase mod specifikke målniveauer på kliniske resultater.

Anerkendelser

PM er støttet af ALF-tilskud Region Østergo¨tland, Sverige. KK-Z. er støttet af NIDDK-bevillingerne R01- DK095668 og K24-DK091419 samt filantropiske bevillinger fra Mr. Harold Simmons, Mr. Louis Chang, Dr. Joseph Lee og AVEO.

Økonomisk støtte og sponsorering

Ingen.

Interessekonflikt

MH er medlem af det renal clinical advisory board i Resverlogix Inc. og ansat i Diaverum Sweden, AB. Han har modtaget rådgivning og æresbevisninger fra Resverlogix og Amgen. DG og EK er ansatte hos Resverlogix. KK-Z. er medlem af det renal clinical advisory board i Resverlogix. PM har ingen interessekonflikt relateret til denne artikel.

REFERENCER OG ANBEFALET LÆSNING

1. Stenvinkel P, Larsson TE.Kronisk nyresygdom: en klinisk model for for tidlig aldring. Am J Kidney Dis 2013; 62:339-351.

2. Kooman JP, Kotanko P, Schols AM, et al.Kronisk nyresygdomog for tidlig aldring. Nat Rev Nephrol 2014; 10:732-742.

3. Wasiak S, Tsujikawa LM, Halliday C, et al. Fordel vedapabetalonpå plasmaproteiner ved nyresygdom. Nyre Int Rep 2018; 3:711-721.

4. Millan J. Pattedyralkalisk fosfatase: fra biologi til anvendelser inden for medicin og bioteknologi. Weinheim: Wiley; 2006.

5. Buchet R, Millan JL, Magne D. Multisystemiske funktioner afalkaliske fosfataser. Metoder Mol Biol 2013; 1053:27-51.

6. Anh DJ, Eden A, Farley JR. Kvantificering af opløseligt og skeletalkalisk fosfataseog uopløseligealkalisk fosfataseanker-hydrolase-aktiviteter i humant serum. Clin Chim Acta 2001; 311:137-148.

7. Anh DJ, Dimai HP, Hall SL, Farley JR. Skeletalkalisk fosfataseaktivitet frigives primært fra humane osteoblaster i en uopløselig form, og nettofrigivelsen hæmmes af calcium og skeletvækstfaktorer. Calcif Tissue Int 1998; 62:332-340.

8. Magnusson P, Sharp CA, Farley JR. Forskellige fordelinger af menneskelig knoglealkalisk fosfataseisoformer i serum og knoglevævsekstrakter. Clin Chim Acta 2002; 325:59-70.