UMOD og arkitekturen for nyresygdom Ⅱ

GWAS for urinniveauer af uromodulin

Tilgængeligheden af ​​pålidelige assays og protokoller til at måle uromodulin-niveauer gjorde det muligt at analysere de genetiske faktorer, der er forbundet med dets udskillelse [71]. En første meta-GWAS-tilgang udført på 10.884 individer af europæisk afstamning fra seks kohorter identificerede almindelige varianter inden for promotoren af ​​UMOD som det enkelte genomomfattende signifikante locus forbundet med niveauerne af uromodulin i urin [40]. Den øverste UMOD-promotorvariant, rs12917707, var associeret på en dosisafhængig måde med urinniveauerne af uromodulin og i stærk LD med CKD-varianterne [40].

En metaanalyse designet til at øge evnen til at detektere nye loci blev for nylig udført i 29.315 individer af europæisk herkomst fra 13 kohorter inklusive CoLaus [29]. To genomgående signifikante signaler blev identificeret for urinniveauerne af uromodulin: et nyt locus over KRT40-genet, der koder for keratin-40 (KRT40), en type 1-keratin udtrykt i nyren og UMOD-PDILT-locuset, med to uafhængige sæt enkeltnukleotidpolymorfismer spredt over UMOD og den tilstødende PDILT. I opfølgende eksperimenter blev KRT40 vist at kolokalisere med uromodulin i TAL-celler, mens knock-down af KRT40-ekspression i primære mTAL-celler påvirkede uromodulin-bearbejdning og udskillelse, hvilket gav en biologisk modstykke til GWAS-associationen [29]. Keratiner er mellemfilamenter, der danner cytoskelettet i epitelceller. Som cytoskeletproteiner er keratiner involveret i at opretholde den fysiske integritet, mekaniske stabilitet og intracellulære organisation i celler - for eksempel handel med proteiner til plasmamembranen [8, 28]. At ændret ekspression af KRT40 påvirker uromodulin (og også ROMK) processering i TAL-celler antyder en rolle af specifikke cytokeratiner på sorteringen af ​​proteiner i nyrer tubulære celler [29]

KLIK HER FOR AT FÅ CISTANCHE TIL AT FORBEDRE NYREFUNKTIONEN

Uromodulin som biomarkør fornyrefunktionel masse

Da det udelukkende produceres i tubulære celler, kan uromodulin have en specifik biomarkørværdi fornyrefunktion. Faktorerne forbundet med uromodulin-udskillelse blev analyseret i SKIPOGH- og CoLaus-kohorterne [50]. I begge undersøgelser blev der fundet positive sammenhænge mellem uromodulin og natrium-, klorid- og kaliumudskillelse og osmolalitet i urinen. I SKIPOGH var 24-h uromodulin-udskillelse positivt forbundet med nyrelængde og -volumen og med kreatinin-udskillelse og urinvolumen. Det var negativt forbundet med alder og diabetes. Både plet-uromodulin-koncentration og 24-h uromodulin-udskillelse var lineært og positivt associeret (multivariat-analyser) med 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].

Yderligere analyser i SKIPOGH-kohorten viste, at i multipel lineær regressionsanalyse var 24-h urin-uromodulin-udskillelse forbundet med de samme prædiktorer for nefronmasse som identificeret af Denic et al. [9]. Alder, kvindekøn og urinsyre var negative forudsigere, mens højde og fødselsvægt var positive forudsigere for 24-h urin-uromodulin-udskillelse [45]. Disse data underbygger målingen af ​​urin-uromodulinniveauer som en nyttig surrogatmarkør for nefronmasse. Som sådan kan højere uromodulinniveauer indikere en højere funktionel reserve af nyren med en lavere risiko for akut nyreskade (AKI): Jo mere uromodulin du har, jo højere funktionel reserve har du i tilfælde af postoperativ AKI for eksempel [11 , 53]. Denne situation må ikke forveksles med resultaterne af GWAS-undersøgelserne, der indikerer, at risikovarianterne på UMOD-locuset, som driver højere produktion af uromodulin afspejlet af højere niveauer i urin og blod, konsekvent er forbundet med en øget risiko for CKD.

Mendelsk randomisering for at vurdere kausaliteten af ​​uromodulin og CKD og hypertension

Efter GWAS og opfølgende undersøgelser, der peger på UMOD-varianter, der driver højere uromodulin-ekspression (og dermed højere udskillelse i urin) som forbundet med en øget risiko for CKD, blev spørgsmålet om kausalitet rejst. Med andre ord: driver højere produktion af uromodulin en højere risiko for nyreskade?

Da uromodulin udelukkende produceres af tubulære nyreceller, korrelerer urinniveauer af uromodulin positivt med 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]

Brugen af ​​Mendelsk randomisering (MR) giver en måde at vurdere, om produktionen af ​​uromodulin, afspejlet af dets urinniveauer, er en sand risikofaktor for CKD, og ​​om denne potentielle sammenhæng er relateret til blodtryk (fig. 4). MR-metoden bruger almindelige genetiske varianter forbundet med eksponeringen (f.eks. gennem GWAS) til at teste, om en given risikofaktor forårsager eller forværrer en sygdom [55]. For nylig blev MR brugt til at klarlægge årsagssammenhængen mellem urinniveauer af uromodulin, nyrefunktion og blodtryk hos individer af europæisk afstamning [48]. Sammenhængen mellem urinniveauer af uromodulin og eGFR blev først undersøgt i CoLaus (n=3851 tilgængelige data). I observationsdata er højere urin-uromodulin forbundet med højere eGFR. Omvendt, når man bruger UMOD rs12917707 som en instrumentel variabel i en-prøve Mendelsk randomisering, var højere uromodulin-niveauer stærkt forbundet med eGFR-fald

Fig. 4 Mendelske randomiseringsanalyser understøtter sammenhængen mellem højere niveauer af urin-uromodulin med lavere nyrefunktion og højere blodtryk. en to-prøve MR for at vurdere de tovejs kausale virkninger mellem urin uromodulin (uUMOD) og eGFR og mellem CKD og blodtryk (BP). Analyserne blev udført i meta-GWAS for uUMOD, der involverede 10.884 individer; CKD Genetics (CKDGen) konsortiet, en metaanalyse af 121 GWAS'er, herunder 567.460 individer af europæisk aner; og en kombineret analyse af UK Biobank (UKB) og International Consortium of Blood Pressure (ICBP) GWAS, som udgjorde 757.601 personer. b Multivariabel MR til at vurdere direkte og indirekte virkninger af uUMOD på BP gennem eGFR og af uUMOD på eGFR til BP baseret på MR-årsagsvirkninger mellem eksponeringen, mediatoren og resultatet i 2-prøven MR-analyser. Analysen tyder på, at sammenhængen mellem uUMOD og højere BP delvist skyldes nedsat nyrefunktion, hvorimod BP ikke ser ud til at mediere sammenhængen mellem uUMOD og lav nyrefunktion. Modificeret fra Ponte et al. [48] ​​og Turner og Staplin [66]

Fortolkning af MR-undersøgelser bør integrere, at genetiske varianter kan have andre virkninger ud over den undersøgte biomarkør - en situation kaldet genetisk pleiotropi. Da uromodulin modulerer natriumtransport og påvirker saltfølsomheden [47], underbyggede vores MR-analyse den genetiske sammenhæng mellem den vigtigste UMOD-variant og blodtryk, udover CKD og eGFR [48]. Vi anvendte således to-prøve Mendelsk randomisering på fire GWAS-konsortier for at udforske årsagssammenhænge mellem urin-uromodulinniveauer og eGFR, CKD-risiko (567.460 personer) og blodtryk (757.461 personer). Højere uro modulin niveauer er signifikant forbundet med lavere eGFR, højere odds for eGFR fald eller CKD og højere systolisk eller diastolisk blodtryk. Selvom de kausale virkninger af urin-uromodulin-niveauer på risikoen for CKD er uafhængige af blodtrykket, er effekten på blodtrykket medieret af eGFR [48]. Disse data understøtter, at genetisk drevne niveauer af uromodulin har en direkte, kausal og negativ effekt på nyrefunktionsresultatet i den generelle befolkning, ikke medieret af blodtryk (fig. 4). De giver en stærk begrundelse for at undersøge den mekanisme, hvorved forhøjet urin uromodulin kan bidrage til CKD, og ​​om en passende modulator af uromodulin produktion/sekretion kan identificeres [48, 66].

UMOD-locuset og tilpasning mod uropatogener

Som diskuteret ovenfor øger UMOD-varianterne forbundet med risikoen for hypertension og CKD i den generelle befolkning ekspressionen og urinudskillelsen af ​​uromodulin [11, 13, 53]. Alligevel indikerede populationsgenetiske undersøgelser, at T-allelen af ​​den øverste UMOD GWAS-variant, rs4293393, forbundet med CKD-risiko, er den forfædres allel og holdes ved høj frekvens i de fleste moderne populationer [22, 65]. Faktisk følger fordelingen af ​​den forfædres UMOD-allel ikke den forfædres modtagelighedsmodel, der er observeret for varianter forbundet med saltfølsom hypertension, dvs. en højere forekomst af saltholdende alleler i Afri kan sammenlignes med ikke-afrikanske populationer, hvilket afspejler renset udvælgelse uden for Afrika [52]. I stedet viste risikovarianten en signifikant sammenhæng med patogendiversitet (bakterier, helminths) og forekomsten af ​​antibiotika-resistente UTI'er. En omvendt korrelation mellem urinniveauer af uromodulin og markører for UTI'er blev påvist i CoLaus [22]. En prospektiv kohorteundersøgelse af ældre samfundsboende individer fandt, at dem med urinkoncentrationer af uromodulin i den højeste kvartil havde en lavere risiko for UVI-hændelser end dem i den laveste kvartil, uafhængigt af klassiske UVI-risikofaktorer [19].

Uromodulin er kendt for at vise antimikrobielle egenskaber i urin, og Umod-knockout-mus er mere tilbøjelige til UTI'er induceret af type-1 fimbrieret E. coli (FimH-adhæsin) end deres vildtype-kuldkammerater [2, 35]. UVI er blandt de mest almindelige bakterielle infektioner, med høj forekomst og risiko for tilbagefald hos unge kvinder og potentielle komplikationer, der kan reducere konditionen. Patogener og infektionssygdomme har lagt et stærkt selektivt pres gennem menneskehedens historie [18]. Således kan den forfædrede UMOD-allel, der driver højere urinudskillelse af uromodulin, være blevet holdt ved en høj frekvens på grund af dens beskyttende effekt mod UTI'er [22]. Denne hypotese understøttes af strukturelle og biokemiske undersøgelser, der viser, at de høje mandlige næse N-glycaner ved rest Asn275 i det cysteinrige D8C-domæne af uromodulin er kritiske for FimH-binding og dermed forebyggelse af kolonisering af blæreepitel med UPEC. Uromodulins kapacitet til at binde og aggregere bakterier forhindres ved fjernelse af den høje mannose N-glycan eller af den konkurrerende effekt af et overskud af d-mannose [68]. Det skal bemærkes, at uromodulin også var i stand til at aggregere andre bakterier involveret i humane UTI'er, herunder Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa og Streptococcus mitis [68]. Disse data demonstrerede rollen for uromodulin i forsvar mod UTI gennem evnen til at aggregere uropathogener og forhindre deres adhæsion til urothelium.

Sjældne mutationer i UMOD forårsager autosomal dominant tubulointerstitiel nyresygdom

Ud over almindelige genetiske varianter forbundet med risikoen forCKDog hypertension i GWAS, dominant arvelige mutationer i UMOD forårsager en sjælden form fornyrelidelsefører tilnyresvigt.

Autosomal dominant tubulointerstitiel nyresygdom (ADTKD, MIM #16.200) er en stadig mere anerkendt årsag til nyresygdom i slutstadiet, karakteriseret ved tubulær skade og interstitiel fibrose af nyren i fravær af glomerulære læsioner. Berørte individer har urinkoncentrationsdefekter, progressiv kronisk nyresygdom (CKD), normal til mild proteinuri og normalstore nyrer, ofte med en positiv familiehistorie [12, 14]. En relativt specifik følelse er hyperurikæmi på grund af lav fraktioneret udskillelse af urinsyre, hvilket forårsager gigt, sædvanligvis før starten af ​​CKD [41]. Sygdommen udvikler sig uvægerligt tilnyresygdom i slutstadiet(ESKD) i voksenalderen, med en penetration på 100%. Sjælden (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 nyresvigt, der repræsenterer en af ​​de mest almindelige monogene nyresygdomme [21, 24].

Den patogene mekanisme af ADTKD-UMOD skyldes den toksiske akkumulering af mutant uromodulin i TAL-celler med ER-udvidelse og et parallelt fald i proteinets urinniveauer [12]. Undersøgelser af musemodeller, der bærer uromodulin-mutationer, bekræfter, at intracellulær ophobning af mutant uromodulin fører til ER-stress, induktion af det udfoldede proteinrespons og efterfølgende tubulær skade og interstitiel fibrose - hvilket underbygger gevinsten af ​​toksisk funktionsmekanisme i ADTKD-UMOD [53]. Denne mekanisme antyder, at nedsættelse af produktionen af ​​mutantproteinet, for eksempel ved at bruge antisense-oligonukleotider, kunne være en strategi til at bremse sygdomsforløbet. Detnyrespecifikt udtrykaf UMOD, og ​​den milde fænotype i Umod knockout-mus understøtter den potentielle værdi af en sådan tilgang [12].

UMOD er ​​således impliceret i begge yderpunkter af det genetiske sygdomsspektrum: ultrasjældne varianter med stor effektstørrelse (ADTKD-UMOD) og almindelige GWAS-varianter forbundet med reduceret eGFR og risiko for CKD i den generelle befolkning. Derfor er lidelser, der involverer uromodulinproduktion og/eller udskillelse, af udbredt relevans.

Konklusioner og perspektiver

Tredive år efter identifikation af det første gen involveret iarvelig nyresygdom, har brugen af ​​stadig mere effektive og overkommelige genetiske værktøjer gjort det muligt at øge diagnoseeffektiviteten for sjældnenyrelidelser, for at afklare genetisk heterogenitet og sygdomsontologi og for at opdage modificerende gener involveret i intrafamiliær variabilitet [10, 60, 67, 69]. Brugen af ​​hele genom, SNP-genotypebestemmelse og fænotypedata har også hjulpet med at belyse rollen af ​​kompleks genetisk variation i den manglende arvelighed observeret for CKD og nyre-relaterede egenskaber. For eksempel påviste en nylig undersøgelse indflydelsen af ​​variable nukleotid tandem-gentagelser (VNTR'er) i MUC1 med flere nyrefænotyper [38].

At opdage nye gener vil drive undersøgelser på flere niveauer, der underbygger cellulære mekanismer og mulige lægemiddelmål. Disse analyser skulle yderligere dechifrere kontinuumet af genetiskrisiko for nyresygdom, med gener involveret fra sjældne Mendelske lidelser til almindelige variationer i den generelle befolkning. Eksempler inkluderer gener involveret i NaCl-håndtering på nyretubuliniveau (f.eks. SLC12A3, KCNJ1, SLC12A1, UMOD), også relevante for blodtryksregulering i befolkningen; gener involveret i receptormedieret endocytose i den proksimale tubuli (f.eks. LRP2, CUBN, DAB2), vist af GWAS at påvirke nyrefunktionen og risikoen for CKD; gener involveret i sjældne lidelser i Ca2+- og Mg2+-håndtering (f.eks. CASR, TRPM6, CLDN14, CNNM2), også forbundet med mineralhomeostase og metaboliske træk i den generelle befolkning [67]. De mekanismer, der opretholder effekten af ​​sjældne og almindelige varianter i disse gener eller i yderligere gener identificeret af GWAS, vil give indsigt i forskellige aspekter af nyrefunktionen.

Analyse af store genomiske datasæt tyder på, at genetiske varianter med mellemeffektstørrelser skal bygge bro mellem sjældne, højeffektvarianter, der forårsager Mendelske lidelser, og hyppige laveffektvarianter involveret i komplekse sygdomme (fig. 1). Disse mellemeffektvarianter kan føre til enten ikke-fuldt penetrerende Mendelsk sygdom eller til en oligo/polygen model, der modificerer sygdomsekspression [30]. Sådanne mellemeffektvarianter kan også være en del af det genetiske kontinuum, der ligger til grund for CKD, baseret på manglen på sjældne, patogene varianter hos størstedelen af ​​CKD-patienter [24] og den manglende arvelighed i GWAS [70]. For nylig identificerede og karakteriserede vi mellemeffektvarianter i UMOD, der bidrager til CKD ved at krydse generelle befolkningsdatasæt med kurerede varianter rapporteret i ADTKD; analysere biologiske og fænotypiske effektstørrelser ved hjælp af in silico-modellering, cellesystemer, databaser og biobanker; og validering af indvirkningen på nyresvigt i 100,{11}} Genomes Project og UK Biobank [43].

Indhentning af genetisk information hos patienter med sjældnenyresygdommeunderbygger allerede præcisionsmedicin og vil sandsynligvis stige hurtigt [10, 17, 36]. Med større GWAS og avancerede statistiske metoder vil polygenisk risikoscore (PRS) udvikle sig med perspektivet om tidlig identifikation af forsøgspersoner med risiko for at udvikle komplekse nyresygdomme, før eGFR-fald har manifesteret sig – hvilket giver mulighed for tidlig intervention [27, 70 , 72].

Referencer

1. Barker DF, Hostikka SL, Zhou J et al. (1990) Identifikation af mutationer i COL4A5 kollagen genet i Alport syndrom. Science 248:1224-1227

2. Bates JM, Raf HM, Prasadan K et al (2004) Tamm-Horsfall protein knockout mus er mere tilbøjelige til urinvejsinfektion. Nyre Int 65:791-797

3. Böger CA, Gorski M, McMahon GM et al (2017) NFAT5 og SLC4A10 loci associerer med plasma osmolalitet. J Am Soc Nephrol 28:2311-2321

4. Brunati M, Perucca S, Han L et al (2015) Serinproteasen pepsin medierer urinsekretion og polymerisering af Zona

5. Pellucida domæneprotein uromodulin. Elife 4:e08887 Buf R, Korstanje R. (2022) Indvirkningen af ​​genetisk baggrund på musemodeller af nyresygdom. Kidney Int (under tryk)

6. Corre T, Arjona FJ, Hayward C et al (2018) Genomomfattende metaanalyse afslører interaktioner mellem magnesiumhomeostase og metaboliske fænotyper. J Am Soc Nephrol 29:335-348

7. Corre T, Olinger E, Harris SE et al (2017) Almindelige varianter i CLDN14 er forbundet med differentiel udskillelse af magnesium over calcium i urinen. Pfugers Arch 469:91–103

8. Davezac N, Tondelier D, Lipecka J et al (2004) Global proteomisk tilgang afslører involvering af keratin 8 og 18 i leveringen af ​​cystisk fibrose transmembrankonduktansregulator (CFTR)/deltaF508-CFTR til plasmamembranen. Proteomics 4:3833-3844

9. Denic A, Mathew J, Lerman LO et al (2017) Single-Nephron glomerulær filtrationshastighed hos raske voksne. N Engl J Med 376:2349-2357

10. Devuyst O, Knoers NV, Remuzzi G, Schaefer F (2014) Sjældne arvelige nyresygdomme: udfordringer, muligheder og perspektiver. Lancet 383:1844-1859

Understøttende service:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tlf:+86 15292862950

Butik:

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