تحقیق سیستانچ: تعدیل‌کننده‌های اپی ژنتیک فارماکولوژیک آلکالین فسفاتاز در بیماری مزمن کلیه قسمت 2

کلیکاینجابرای قسمت 1

تنظیم اپی ژنتیکفسفاتاز قلیایی

واژه اپی ژنوتیپ در سال 1942 توسط وادینگتون ابداع شد که به این نتیجه رسید که بین ژنوتیپ و فنوتیپ مجموعه کاملی از فرآیندهای توسعه نهفته است. تعریف مدرن ازاپی ژنتیکشامل تغییراتی در DNA و پروتئین‌های مرتبط، بدون تغییرات در توالی DNA زیربنایی، که تحت تأثیر محیط قرار می‌گیرند و در طول تقسیم سلولی حفظ می‌شوند که باعث تغییرات پایدار در بیان ژن می‌شود [85 و]. اصلیاپی ژنتیکیعوامل متیلاسیون DNA، تغییرات پس از ترجمه هیستون ها و ساختار کروماتین درجه بالاتر هستند. تغییرات پس از ترجمه هیستون‌ها بر ساختار کروماتین، دسترسی و استخدام ماشین‌های رونویسی برای تعیین روشن یا خاموش شدن ژن‌ها تأثیر می‌گذارد. این تغییرات پویا پاسخ‌های سلولی به محرک‌های محیطی، رشدی یا متابولیکی را از طریق اصلاح رونوشت تنظیم می‌کنند. با این حال،اپی ژنتیکمی تواند زمینه ساز بیان ژن نامنظم در حالات بیماری از جمله سرطان [86] و فرآیندهای التهابی پاتولوژیک باشد [87]. آنزیم ها یا پروتئین هایی که تولید می کنند یا با آنها تعامل دارنداپی ژنتیکیتغییرات را می‌توان به‌عنوان نویسنده، پاک‌کن یا خواننده طبقه‌بندی کرد، بسته به اینکه اصلاحات پس از ترجمه را اضافه، حذف یا تشخیص دهند (شکل 3).

شکل 3. کروماتین از DNA و پروتئین هایی تشکیل شده است که ساختار فشرده ای را برای بسته بندی و پایداری کروموزوم های یوکاریوتی ایجاد می کنند. اجزای اولیه پروتئین هیستون ها هستند که DNA در اطراف آنها برای تشکیل یک نوکلئوزوم زخمی می شود.اپی ژنتیکشامل تغییرات کووالانسی کروماتین است که روی توالی DNA زیرین تأثیر نمی گذارد. تغییرات کووالانسی کروماتین بر ساختار کروماتین و جذب کمپلکس‌های رونویسی تأثیر می‌گذارد که در واقع ژن‌ها را روشن یا خاموش می‌کنند. این پویااپی ژنتیکیاصلاحات با افزودن (نوشتن) و حذف (پاک کردن) تغییرات پس از ترجمه انجام می شود و به دنبال آن "خواندن" انجام می شود که بیان ژن و پاسخ فنوتیپی نهایی را دیکته می کند.

استیلاسیون هیستون

استیلاسیون هیستون با ساختار کروماتین باز، دسترسی برای اتصال فاکتور رونویسی و رونویسی فعال مرتبط است [88 و ]. هیستون اثرات استیلاسیونقلیاییبیان فسفاتاز مهارکننده های هیستون داستیلاز (HDACi) استیلاسیون کروماتین را افزایش می دهند. در شرایط آزمایشگاهی، بیان HDACi ناشی ازقلیاییفسفاتاز-L تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی انسان را ارتقا داد [89]. از نظر مکانیکی، استیلاسیون هیستون با تنظیم پروتئین های مورفوژنتیک استخوان، سیگنال دهی WNT و القای RUNX2 مرتبط است [90]. آیا استیلاسیون مستقیماً بر پروموترهای آن تأثیر می گذارد یا خیرقلیاییفسفاتاز-بیان L منطقه ای از تحقیقات در حال انجام است.

مطالعات متیلاسیون DNA نشان داده است کهقلیاییفسفاتاز-L پروموتر A1E بسیار متیله است [91]. دلگادو-کاله و همکاران [92]، نشان داد که متیلاسیون DNA نقش مهمی در مدولاسیون داردقلیاییفسفاتازبیان در سلول های استئوبلاست مانند انسان آنها رابطه معکوس بین وضعیت متیلاسیون یک جزیره CpG از -579 تا þ836 جفت باز ازقلیاییفسفاتازژن شامل ناحیه پروموتر، که دلالت بر آن دارداپی ژنتیکیتنظیم توسط دی متیلاسیون DNA به شدت افزایش می یابدقلیاییفسفاتازبیان و فعالیت [92]. در VSMC، هر دو نانوبلورهای فسفات و هیدروکسی آپاتیت متیلاسیون DNA را تعدیل می کنند که منجر به افزایش فعالیت آلکالین فسفاتاز و القای فنوتیپ استئوبلاست مانند می شود [93،94]

سیستانچ می تواند از بیماری مزمن کلیوی جلوگیری کند.

میکرو RNA ها

RNA های طولانی غیر کد کننده ومیکرو RNA هانیز کلیدی هستنداپی ژنتیکیعواملی که در تنظیم ژن پس از رونویسی نقش دارند [77،95 و ]. اینمیکرو RNA هامولکول‌های کوچک RNA تک رشته‌ای غیرکدکننده، تقریباً 18 تا 25 نوکلئوتید هستند که با اتصال به 30- ناحیه ترجمه‌نشده mRNA برای جلوگیری از ترجمه پروتئین و/یا تعدیل پایداری mRNA، سنتز پروتئین را مهار می‌کنند. از طریق پیش‌بینی‌های محاسباتی تخمین زده شده است که بیش از 50 درصد از همه ژن‌های کدکننده پروتئین انسان به طور بالقوه توسطمیکرو RNA ها[96]. تنظیم کننده استخوانمیکرو RNA هانقش کلیدی در تمایز استخوان زایی و مسیرهای سیگنال دهی درگیر در استخوان زایی دارند [77،95 و 97،98]. فاکتورهای کلیدی رونویسی Runx2 و Osx توسط تعداد زیادی تنزل داده شده اندمیکرو RNA هادر سلول های مزانشیمی پرتوان برای سرکوب فنوتیپ استخوان در سلول ها و بافت های غیر استخوانی [77،99].

مقداریمیکرو RNA هامشخص شده است که مسیرهای سیگنالینگ متمایز مرتبط با تمایز استخوانی را سرکوب و ترویج می کند [95 و 100 و ]. کاهش بیان mRNA برای کلاژن I،قلیاییفسفاتازو استئوکلسین در حین بیان بیش از حد miR- 375 یافت شده است، بنابراین نشان می دهد که miR-375 می تواند تمایز استخوان زایی را با هدف قرار دادن Runx2 سرکوب کند [101]. بیان بیش از حد miR-133a-5p نیز برای مهار آن گزارش شده استقلیاییفسفاتازبیان و کانی سازی از طریق هدف گیری Runx2 [102]. لی و همکاران [103]، نشان داد که miR{3}} تمایز استئوبلاست را تقویت کرده و تشکیل استخوان را افزایش می‌دهد.

مداخلات اپی ژنتیک فارماکولوژیک هدف گذاریفسفاتاز قلیایی

میکرو RNA ها

با توجه به بیان فراگیر آلکالین فسفاتاز، نقش اصلی آن در بیومرینالیزاسیون و شیوع بالایکلسیفیکاسیون عروقیدر بیماران مبتلا بهمزمنکلیهمرض، منطقی است که فارماکولوژیک را بررسی کنیماپی ژنتیکیتعدیل آلکالین فسفاتاز به عنوان یک اقدام درمانی بالقوه با هدف پیشگیری از عوارض قلبی عروقی درمزمنکلیهمرض[9&]. شواهد اخیر نشان می دهد کهمیکرو RNA هادر مقررات زدایی هستندمزمنکلیهمرض-اختلالات معدنی و استخوانی [104]. مطالعات تجربی از این مفهوم حمایت می کنند کهمیکرو RNA هااهداف بالقوه ای برای بهبود هستندکلسیفیکاسیون عروقی[100 و ]. طبق نسخه 22 miRBase، توالی 2656 انسان بالغمیکرو RNA هاتا کنون فهرست بندی شده اند [105]. از این رو، گنجاندن بیشتر موارد یک کار چالش برانگیز استمیکرو RNA هاکه در طول سال ها در این بررسی مورد بررسی قرار گرفته اند. با این حال، داده‌های اخیر نشان می‌دهد که کلسیفیکاسیون آئورت ناشی از فسفات با تنظیم مثبت miR-200c، miR-155 و miR-322، در حالی که miR-708 و miR{{{{{ 5}} تنزل یافتند [106 و ]. دیگرمیکرو RNA هاکه درگیر هستندکلسیفیکاسیون عروقیبنابراین، اهداف درمانی بالقوه، miR-29a/b، miR-30d/e، miR-125b، miR-135a، miR-143، miR-145، miR-204، miR223 و miR-762 [107]. بیشتر این microRNAها دو فاکتور رونویسی اصلی Runx2 و Osx را هدف قرار می‌دهند که بر فعالیت TNalkaline فسفاتاز و بیومرینالیزاسیون تأثیر می‌گذارند. بی شک،میکرو RNA هانقش کلیدی در تنظیم پیشرفت دارندکلسیفیکاسیون عروقی; با این حال، فراوانی بالایمیکرو RNA هابرای بهره برداری کامل از پتانسیل اپی ژنوم، به مطالعات گسترده در مقیاس بزرگ در سطح اپی ژنوم نیاز دارداپی ژنتیکیتنظیم توسطمیکرو RNA هابرای رویکردهای درمانی جدید برای بهبودکلسیفیکاسیون عروقی.

BRD2، BRD3، BRD4 و BRDT برومومین و مهار اضافی انتهایی برومومین و پروتئین های اضافی پایانی (BET) خوانندگان کروماتین هستند که نه تنها لیزین استیله را روی دم های هیستونی و فاکتورهای رونویسی از طریق برومومین های 1 و 2 متصل می کنند، بلکه بیان ژن را برای تنظیم دستگاه رونویسی به کار می گیرند. [108]. مهارکننده‌های BET (BETi) تعامل پروتئین‌های BET با هیستون‌های استیله یا فاکتورهای رونویسی را مسدود می‌کنند تا بر بیان ژن‌های هدف تأثیر بگذارند [88 و ].آپابتالونیک BETi خوراکی در توسعه بالینی برای درمان استقلبی عروقی مرض. ترجیحاً به برومومین 2 در پروتئین های BET متصل می شود (شکل 4)، که آن را از pan-BETi که برومومین های 1 و 2 را با میل ترکیبی یکسان هدف قرار می دهد متمایز می کند [109]. در آزمایشات بالینی،apabetaloneدرمان باعث کاهش عوارض جانبی عمده قلبی (MACE) در بیماران مبتلا بهقلبی عروقیمرضو با 44 درصد کاهش خطر نسبی بالاتر از استاندارد مراقبت همراه بود [110 و ]. کاهش MACE توسط الفبا به تنهایی با کاهش آلکالین فسفاتاز سرم، مستقل از عوامل خطر سنتی قلبی عروقی و التهاب همراه بود [111 و ]. مطالعات نشان داد که این دارو به طور همزمان عواملی را تعدیل می کند که باعث تثبیت پلاک آترواسکلروتیک و کاهش MACE می شود. کلسترول HDL افزایش یافت [110&112]، در حالی که آبشار مکمل، واکنش فاز حاد و واسطه های التهاب عروقی سرکوب شدند [113،114].

شکل 4. استیلاسیون کروماتین یک اصلاح اپی ژنتیکی است که با ساختار کروماتین باز و رونویسی فعال مرتبط است. برومودومین و پروتئین‌های انتهایی اضافی «خواننده‌های کروماتین» هستند که لیزین استیله را روی هیستون‌ها یا فاکتورهای رونویسی از طریق دو برمودومین پشت سر هم 1 و 2 متصل می‌کنند و ماشین‌های رونویسی (مانند فاکتور افزایش طول رونویسی مثبت و RNA پلیمراز II) را برای ایجاد بیان برمودومین انتهایی حساس و اضافی به کار می‌گیرند. ژن هاآپابتالونیک مهارکننده مولکول کوچک خوراکی برومدامین و برومودومین های انتهایی اضافی است که باعث آزاد شدن برومومین و پروتئین انتهایی اضافی از کروماتین و در نتیجه کاهش تنظیم برومومین و رونویسی ژن حساس فوق العاده انتهایی می شود.آپابتالونترجیحاً برومودومین 2 (که با هاله زرد نشان داده می شود) را هدف قرار می دهد، مشخصه ای که آن را از پان-برومومین و مهارکننده های انتهایی اضافی که برومومین های 1 و 2 را با میل ترکیبی یکسان متصل می کنند متمایز می کند.

که درمزمنکلیهمرضبیماران با سابقهقلبی عروقیمرض، درمان به تنهایی الفبا بهبود یافته استعملکرد کلیهو سطوح آلکالین فسفاتاز در گردش را کاهش داد [115]. از نظر مکانیکی،apabetaloneکاهش دادقلیاییفسفاتازبیان در سلول‌های کبدی اولیه انسانی و VSMC [116&]، و در نتیجه کاهش سطح پروتئین TNalkaline فسفاتاز و فعالیت آنزیمی. مهار کننده های مولکول کوچک ازقلیاییفسفاتازبه عنوان یک روش درمانی برایکلسیفیکاسیون عروقی[14] اما،apabetaloneممکن است اولین مولکول مرحله بالینی باشد که اصلاح می شودقلیاییفسفاتازتولید درونکشتگاهی،apabetaloneمخالف کلسیفیکاسیون VSMCs کشت شده در شرایط استخوانی از طریق یکاپی ژنتیکیمکانیسم مربوط به BRD4 که القای ژن های پروکلسیفیک، از جمله RUNX2 و قلیایی را سرکوب می کند.فسفاتاز[116& ].

یک دوز واحد ازapabetaloneکه درمزمن کلیهمرضبیماران مرحله 4-5 به سرعت منجر به کاهش سیتوکین های التهابی متعدد از جمله IL{2}} [2] شد. در همین مطالعه، پروفایل پروتئومی بیش از 1300 پروتئین پلاسما پیش‌بینی کرد که چندین مسیر ایمنی و التهابی در بیماران مبتلا به اختلال فعال می‌شود.کلیهعملکرداز جمله فاکتور هسته‌ای-kB (NF-kB)، IL{2}} یا سیگنال‌دهی پروتئین مورفوژنتیک استخوان. این مسیرهای متعارف با یک دوز آپابتالون کاهش یافتند، که تأثیر مطلوبی بر پیشرفت نارسایی کلیوی و مرتبط با آن دارد.کلسیفیکاسیون عروقی.

سیستانچ می تواند بهبود یابدعملکردهای کلیه.

برومومین و مهار اضافی انتهایی در اختلالات متابولیک استخوان: پیامدهای استئودیستروفی کلیه

مدل‌های بالینی متمایز بیماری‌های متابولیک استخوان نشان داده‌اند که BETi ساختار استخوان یا خواص مکانیکی را کاهش نمی‌دهد و در عوض ممکن است حجم استخوان را افزایش داده و استحکام مکانیکی را بازیابی کند [117-120]. این مطالعات نشان می دهد که اثرات مفید BETi بر اختلالات استخوانی ناشی از اثرات ضد التهابی و همچنیناپی ژنتیکیتعدیل عوامل کلیدی در بازسازی استخوان، از جمله TN-قلیاییفسفاتاز N-methyl pyrrolidone (NMP) یک مکمل دارویی تایید شده توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده است که به عنوان یک BETi فعال زیستی شناخته شده است [121]. مطالعات با NMP در مدل های پیش بالینی دژنراسیون استخوان، BETi را به عنوان یک استراتژی دارویی برای پیشگیری یا درمان بیماری های استخوانی که با تحلیل بیش از حد استخوان مشخص می شوند، قرار داده اند. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که BETi پاسخ‌های التهابی ناشی از TNFa و NF-kB را سرکوب می‌کند [3,122-124]. NMP رشد استخوان معدنی را که توسط TNFa مسدود شده بود ترویج کرد و بیان ژن های استئوبلاست ضروری مهار شده با TNFa را بازیابی کرد.قلیاییفسفاتاز، RUNX2 و SP7/Osterix [125]. علاوه بر این، NMP با افزایش سیگنال‌دهی BMP2 در استئوبلاست‌ها [126] و تمایز استئوکلاست‌ها را برای کاهش تحلیل استخوان ناشی از فعال‌کننده گیرنده لیگاند NF-kB مهار کرد [127]، بازسازی استخوان را ارتقا داد. نشان داده شد که NMP زنده ماندن استئوبلاست ها را در طول هیپوکسی افزایش می دهد و با کاهش تنظیم ژن های کلیدی دخیل در کانی سازی ناشی از هیپوکسی مقابله می کند.قلیاییفسفاتاز[128]. از نظر مکانیکی، درمان NMP در حفظ تمایز استئوبلاست در طول هیپوکسی تا حدی با مهار سیگنال‌دهی NF-kB محافظ بود. NMP تراکم معدنی استخوان و کیفیت استخوان‌ها را در موش‌های تخمدان‌برداری شده حفظ کرد [121] و اساساً پوکی استخوان ناشی از کاهش استروژن را بهبود بخشید. نتایج در مطالعات مشابه با استفاده از N، N-dimethylacetamide [127] یا BETi JQ1 قوی‌تر تأیید شد، که در آن درمان از دست دادن استخوان ناشی از کمبود استروژن را معکوس کرد [117]. این داده ها حاکی از آن است که درمان با BETi می تواند توده استخوانی را افزایش دهد و گردش استخوان را در اختلالات التهابی استخوان و به طور بالقوه درمزمنکلیهمرض.

نتیجه

آلکالین فسفاتاز در گردش یک نشانگر خطر قوی و مستقل استقلبی عروقیمرضو مرگ و میر در جمعیت عمومی ومزمنکلیهمرض. بیان فراگیر آلکالین فسفاتاز و دخالت آن در چندین فرآیند پاتوفیزیولوژیک مرتبط باقلبی عروقیمرضبیماری استخوان،مزمنکلیهمرضپیشرفت، و اختلال عملکرد شناختی آن را برای چند عاملی مناسب می کنداپی ژنتیکیمداخلات نتایج مثبت از مطالعات بالینی با BETi جدیدapabetaloneنقش قلیایی فسفاتاز را به عنوان یک هدف جدید ممکن برای درمان قلبی عروقی دخیل می کند. مطالعات تجربی با BET اضافی است ومیکرو RNA هاپتانسیل درمانی گسترده تری را برایاپی ژنتیکیمدولاسیون آلکالین فسفاتاز تحقیقات بیشتر برای تعیین قطعی آلکالین فسفاتاز به عنوان سطح هدف درمان بالینی و روشن کردن اثر کاهش آلکالین فسفاتاز سرم به سمت سطوح اهداف خاص بر نتایج بالینی مورد نیاز است.

قدردانی

PM توسط کمک های مالی ALF منطقه O¨stergo¨tland، سوئد حمایت می شود. KK-Z. توسط کمک‌های مالی NIDDK R01- DK095668 و K24-DK091419 و همچنین کمک‌های بشردوستانه از سوی آقای هارولد سیمونز، آقای لوئیس چانگ، دکتر جوزف لی، و AVEO پشتیبانی می‌شود.

حمایت مالی و حمایت مالی

هیچ یک.

تضاد علاقه

MH عضو هیئت مشاوره بالینی کلیه Resverlogix Inc. و کارمند Diaverum Sweden، AB است. او از Resverlogix و Amgen مشاوره و جوایز سخنران دریافت کرده است. DG و EK کارکنان Resverlogix هستند. KK-Z. عضو هیئت مشاوره بالینی کلیه Resverlogix است. PM هیچ تضاد منافع مرتبط با این مقاله ندارد.

منابع و خواندن توصیه شده

1. Stenvinkel P، Larsson TE.بیماری مزمن کلیوی: مدل بالینی پیری زودرس Am J Kidney Dis 2013; 62:339-351.

2. Kooman JP، Kotanko P، Schols AM، و همکاران.بیماری مزمن کلیویو پیری زودرس Nat Rev Nephrol 2014; 10:732-742.

3. Wasiak S، Tsujikawa LM، Halliday C، و همکاران. بهره مندی ازapabetaloneبر روی پروتئین های پلاسما در بیماری کلیوی Kidney Int Rep 2018; 3:711-721.

4. Millan J. Mamalianفسفاتاز قلیایی: از زیست شناسی تا کاربرد در پزشکی و بیوتکنولوژی. واینهایم: وایلی; 2006.

5. Buchet R، Millan JL، Magne D. توابع چند سیستمیآلکالن فسفاتازها. Methods Mol Biol 2013; 1053:27-51.

6. Anh DJ، Eden A، Farley JR. کمیت محلول و اسکلتیفسفاتاز قلیایی، و نامحلول استفسفاتاز قلیاییفعالیت های انکر هیدرولاز در سرم انسانی Clin Chim Acta 2001; 311:137-148.

7. Anh DJ، Dimai HP، Hall SL، Farley JR. اسکلتیفسفاتاز قلیاییفعالیت عمدتاً از استئوبلاست‌های انسانی به شکل نامحلول آزاد می‌شود و آزادسازی خالص توسط کلسیم و فاکتورهای رشد اسکلتی مهار می‌شود. Calcif Tissue Int 1998; 62:332-340.

8. Magnusson P، Sharp CA، Farley JR. توزیع های مختلف استخوان انسانفسفاتاز قلیاییایزوفرم ها در سرم و عصاره های بافت استخوانی Clin Chim Acta 2002; 325:59-70.