UMOD והארכיטקטורה של מחלת כליות Ⅱ

GWAS עבור רמות אורמודולין בשתן

הזמינות של מבחנים ופרוטוקולים אמינים למדידת רמות אורמודולין אפשרה לנתח את הגורמים הגנטיים הקשורים להפרשתו [71]. גישת מטה-GWAS ראשונה שבוצעה על 10,884 פרטים ממוצא אירופאי משש קבוצות זיהתה גרסאות נפוצות בתוך האמרגן של UMOD כלוקוס המשמעותי היחיד הכולל את הגנום הקשור לרמות האורמודולין בשתן [40]. וריאנט מקדם ה-UMOD העליון, rs12917707, היה קשור באופן תלוי מינון עם רמות השתן של uromodulin, וב-LD חזק עם גרסאות CKD [40].

מטה-אנליזה שנועדה להגביר את הכוח לזהות לוקוסים חדשים נערכה לאחרונה ב-29,315 פרטים ממוצא אירופי מ-13 קבוצות כולל CoLaus [29]. זוהו שני אותות משמעותיים בכל הגנום עבור רמות האורומודולין בשתן: לוקוס חדש מעל הגן KRT40 המקודד לקראטין-40 (KRT40), קרטין מסוג 1 המתבטא בכליה, והלוקוס של UMOD-PDILT, עם שתי קבוצות עצמאיות של פולימורפיזמים נוקלאוטידים בודדים הפרוסים על פני UMOD וה-PDILT הסמוך. בניסויי המשך, הוכח ש-KRT40 מתמקם יחד עם uromodulin בתאי TAL, בעוד שההרס של ביטוי KRT40 בתאי mTAL ראשוניים השפיע על עיבוד והפרשת uromodulin, מה שסיפק מקבילה ביולוגית לקשר GWAS [29]. קראטינים הם חוטי ביניים היוצרים את שלד הציטו בתאי אפיתל. כחלבונים ציטו-שלד, קרטינים מעורבים בשמירה על השלמות הפיזית, היציבות המכנית והארגון התוך-תאי בתוך התאים - למשל, סחר של חלבונים לממברנת הפלזמה [8, 28]. ביטוי שונה של KRT40 משפיע על עיבוד אורמודולין (וגם ROMK) בתאי TAL מרמז על תפקיד של ציטוקרטינים ספציפיים במיון החלבונים בתאי צינורי כליה [29]

לחץ כאן כדי לקבל את CISTANCHE כדי לשפר את תפקוד הכליות

Uromodulin כסמן ביולוגי שלמסה תפקודית של הכליות

מכיוון שהוא מיוצר אך ורק בתאים צינוריים, לאורמודולין עשוי להיות ערך ביולוגי ספציפי עבורתפקוד כליות. הגורמים הקשורים להפרשת uromodulin נותחו בקוהורטות SKIPOGH ו-CoLaus [50]. בשני המחקרים נמצאו קשרים חיוביים בין אורומודולין לבין הפרשת נתרן, כלוריד, ואשלגן ואוסמולליות בשתן. ב-SKIPOGH, הפרשת אורמודולין של 24- שעות הייתה קשורה באופן חיובי עם אורך ונפח הכליות ועם הפרשת קריאטינין ונפח שתן. זה היה קשור באופן שלילי לגיל ולסוכרת. גם ריכוז אורומודולין נקודתי וגם הפרשת אורמודולין 24-שעות היו קשורים באופן ליניארי וחיובי (ניתוחים מרובי משתנים) עם 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].

ניתוחים נוספים בקוהורט SKIPOGH הראו שבניתוח רגרסיה ליניארית מרובה, הפרשת 24-h בשתן אורומודולין הייתה קשורה לאותם מנבאים של מסת נפרון כפי שזוהו על ידי Denic וחב'. [9]. גיל, מין נקבה וחומצת שתן היו מנבאים שליליים ואילו גובה ומשקל לידה היו מנבאים חיוביים של הפרשת אורמודולין בשתן 24-h [45]. נתונים אלה מבססים את מדידת רמות האורמודולין בשתן כסמן פונדקאי שימושי למסת נפרון. כיוון שכך, רמות גבוהות יותר של אורומודולין עשויות להצביע על רזרבה תפקודית גבוהה יותר של הכליה עם סיכון נמוך יותר לפגיעה כלייתית חריפה (AKI): ככל שיש לך יותר אורמודולין, כך יש לך רזרבה תפקודית גבוהה יותר במקרה של AKI לאחר ניתוח, למשל [11 , 53]. אין לבלבל מצב זה עם התוצאות של מחקרי ה-GWAS המצביעים על כך שוריאנטי הסיכון במוקד ה-UMOD, המניעים ייצור גבוה יותר של אורמודולין המשתקף ברמות גבוהות יותר בשתן ובדם, קשורים באופן עקבי לסיכון מוגבר ל-CKD.

רנדומיזציה מנדלית להערכת הסיבתיות של uromodulin ו-CKD ויתר לחץ דם

בעקבות ה-GWAS ומחקרי מעקב שהצביעו על וריאנטים של UMOD המניעים ביטוי גבוה יותר של uromodulin (ולפיכך הפרשה גבוהה יותר בשתן) כקשורים לסיכון מוגבר ל-CKD, עלתה סוגיית הסיבתיות. במילים אחרות: האם ייצור גבוה יותר של uromodulin גורם לסיכון גבוה יותר לנזק לכליות?

מכיוון שאורמודולין מיוצר באופן בלעדי על ידי תאי צינורי כליה, רמות האורמודולין בשתן מתואמות באופן חיובי עם 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]

השימוש באקראיות מנדלית (MR) מספק דרך להעריך האם ייצור האורמודולין, המשתקף ברמות השתן שלו, הוא גורם סיכון אמיתי ל-CKD והאם קשר פוטנציאלי זה קשור ללחץ הדם (איור 4). שיטת ה-MR משתמשת בגרסאות גנטיות נפוצות הקשורות לחשיפה (למשל, באמצעות GWAS), כדי לבדוק אם גורם סיכון נתון גורם או מחמיר מחלה [55]. לאחרונה, נעשה שימוש ב-MR כדי להבהיר את הסיבתיות בין רמות האורמודולין בשתן, תפקוד הכליות ולחץ הדם אצל אנשים ממוצא אירופאי [48]. הקשר בין רמות האורמודולין בשתן ו-eGFR נחקר לראשונה ב-CoLaus (n=3851 נתונים זמינים). בנתונים תצפיתיים, אורומודולין גבוה יותר בשתן קשור ל-eGFR גבוה יותר. לעומת זאת, כאשר משתמשים ב-UMOD rs12917707 כמשתנה אינסטרומנטלי באקראיות מנדלית מדגם אחד, רמות גבוהות יותר של אורומודולין היו קשורות מאוד לירידה ב-eGFR

איור 4 ניתוחי אקראיות מנדלים תומכים בקשר של רמות גבוהות יותר של אורמודולין בשתן עם תפקוד כליות נמוך יותר ולחץ דם גבוה יותר. MR דו-דגימות להערכת ההשפעות הסיבתיות הדו-כיווניות בין אורמודולין בשתן (uUMOD) ו-eGFR ובין CKD ולחץ דם (BP). הניתוחים בוצעו במטא-GWAS עבור uUMOD בהשתתפות 10,884 אנשים; קונסורציום CKD Genetics (CKDGen), מטה-אנליזה של 121 GWAS כולל 567,460 פרטים ממוצא אירופי; וניתוח משולב של הביובנק הבריטי (UKB) ושל הקונסורציום הבינלאומי של לחץ דם (ICBP) GWAS, שהסתכם ב-757,601 אנשים. b MR רב משתנים להערכת השפעות ישירות ועקיפות של uUMOD על BP דרך eGFR ושל uUMOD על eGFR עד BP בהתבסס על השפעות סיבתיות של MR בין החשיפה, המתווך והתוצאה בניתוחי ה-MR המדגם 2-. הניתוח מצביע על כך שהקשר של uUMOD עם לחץ דם גבוה יותר הוא חלקית באמצעות ירידה בתפקוד הכליות, בעוד שלחץ דם לא מתווך את הקשר של uUMOD עם תפקוד כליות נמוך. שונה מ- Ponte et al. [48] ​​וטרנר וסטייפלין [66]

הפרשנות של מחקרי MR צריכה לשלב שלוריאנטים גנטיים עשויות להיות השפעות אחרות מעבר לסמן הביולוגי הנחקר - מצב שנקרא פליאוטרופיה גנטית. מכיוון שאורמודולין מווסת את הובלת הנתרן ומשפיעה על רגישות למלח [47], ניתוח ה-MR שלנו הוכיח את הקשר הגנטי בין וריאנט ה-UMOD העיקרי ולחץ הדם, בנוסף ל-CKD ו-eGFR [48]. לפיכך, יישמנו אקראית מנדלית משתי דגימות על ארבע קונסורציית GWAS כדי לחקור קשרים סיבתיים בין רמות האורמודולין בשתן לבין eGFR, סיכון ל-CKD (567,460 אנשים) ולחץ דם (757,461 אנשים). רמות גבוהות יותר של uro modulin קשורות באופן מובהק עם eGFR נמוך יותר, סיכוי גבוה יותר לירידת eGFR או CKD ולחץ דם סיסטולי או דיאסטולי גבוה יותר. למרות שההשפעות הסיבתיות של רמות האורמודולין בשתן על הסיכון ל-CKD אינן תלויות בלחץ הדם, ההשפעה על לחץ הדם מתווכת על ידי eGFR [48]. נתונים אלה תומכים בכך שלרמות המונעות גנטית של אורמודולין יש השפעה ישירה, סיבתית ולוואי על תוצאות תפקוד הכליות באוכלוסייה הכללית, שאינה מתווכת על ידי לחץ דם (איור 4). הם מספקים רציונל חזק לחקור את המנגנון שבאמצעותו עלייה באורמודולין בשתן עשויה לתרום ל-CKD והאם ניתן לזהות מאפנן מתאים של ייצור/הפרשת אורומודולין [48, 66].

מוקד ה-UMOD והסתגלות נגד uropathogens

כפי שנדון לעיל, גרסאות ה-UMOD הקשורות לסיכון ליתר לחץ דם ו-CKD באוכלוסייה הכללית מגדילות את הביטוי והפרשת השתן של אורמודולין [11, 13, 53]. עם זאת, חקירות גנטיקה של אוכלוסיות הצביעו על כך שהאלל T של וריאנט UMOD GWAS העליון, rs4293393, הקשור לסיכון ל-CKD, הוא האלל הקדמוני ונשמר בתדירות גבוהה ברוב האוכלוסיות המודרניות [22, 65]. למעשה, התפלגות האלל הקדמוני של UMOD אינה עוקבת אחר מודל הרגישות הקדמוני שנצפה עבור וריאנטים הקשורים ליתר לחץ דם רגיש למלח, כלומר, ניתן להשוות שכיחות גבוהה יותר של אללים שומרי מלח באפרי לאוכלוסיות שאינן אפריקאיות, המשקפות טיהור. בחירה מחוץ לאפריקה [52]. במקום זאת, וריאנט הסיכון הראה מתאם משמעותי עם מגוון הפתוגנים (חיידקים, הלמינתים) ושכיחות של UTI עמידים לאנטיביוטיקה. מתאם הפוך בין רמות השתן של uro modulin וסמנים של UTI זוהה ב-CoLaus [22]. מחקר עוקבה פרוספקטיבי של אנשים קשישים המתגוררים בקהילה מצא שאלו עם ריכוזי אורמודולין בשתן ברבעון הגבוה ביותר היו בסיכון נמוך יותר לאירועי UTI בהשוואה לאלו ברבעון הנמוך ביותר, ללא תלות בגורמי הסיכון הקלאסיים של UTI [19].

ידוע ש-Uromodulin מציג תכונות אנטי-מיקרוביאליות בשתן, ועכברי Umod-knockout נוטים יותר ל-UTIs המושרה על ידי סוג-1 fimbriated E. coli (FimH adhesin) מאשר חבריהם מהסוג הבר [2, 35]. UTI הם בין הזיהומים החיידקיים הנפוצים ביותר, עם שכיחות גבוהה וסיכון להישנות אצל נשים צעירות וסיבוכים פוטנציאליים שעלולים להפחית את הכושר. פתוגנים ומחלות זיהומיות הטילו לחץ סלקטיבי חזק לאורך ההיסטוריה האנושית [18]. לפיכך, ייתכן שהאלל הקדמוני של UMOD, המניע הפרשה גבוהה יותר של אורמודולין בשתן, נשמר בתדירות גבוהה בגלל האפקט המגן שלו מפני UTIs [22]. השערה זו נתמכת על ידי מחקרים מבניים וביוכימיים המראים כי N-glycans האף הגבוה של האדם בשייר Asn275 בתחום ה-D8C העשיר בציסטאין של uromodulin הם קריטיים לקשירת FimH ובכך למניעת התיישבות אפיתליה של שלפוחית ​​השתן על ידי UPEC. היכולת של uromodulin לקשור ולצבור חיידקים נמנעת על ידי הסרת ה-N-glycan הגבוה של מנוז או על ידי ההשפעה התחרותית של עודף של d-mannose [68]. ראוי לציין, uromodulin היה מסוגל גם לצבור חיידקים אחרים המעורבים ב- UTIs אנושיים, כולל Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa ו-Streptococcus mitis [68]. נתונים אלה הדגימו את התפקיד של uromodulin בהגנה מפני UTI באמצעות היכולת לצבור uropathogens ולמנוע הידבקותם לאורותליום.

מוטציות נדירות ב-UMOD גורמות למחלת כליות אוטוזומלית דומיננטית tubulointerstitial

בנוסף לגרסאות גנטיות נפוצות הקשורות לסיכון שלCKDויתר לחץ דם ב-GWAS, מוטציות תורשתיות דומיננטיות ב-UMOD גורמות לצורה נדירה שלהפרעת כליותמוביל לאי ספיקת כליות.

מחלת כליות אוטוזומלית דומיננטית tubulointerstitial (ADTKD, MIM #16,200) היא גורם מוכר יותר ויותר למחלת כליות סופנית, המאופיינת בנזק צינורי ופיברוזיס בין-סטיציאלי של הכליה בהיעדר נגעים גלומרולריים. אנשים שנפגעו מציגים מומים בריכוז השתן, מחלת כליות כרונית מתקדמת (CKD), פרוטאינוריה רגילה עד קלה וכליות בגודל נורמלי, לעתים קרובות עם היסטוריה משפחתית חיובית [12, 14]. תחושה ספציפית יחסית היא היפר-אוריצמיה עקב הפרשה חלקית נמוכה של חומצת שתן, הגורמת לגאוט, בדרך כלל לפני הופעת CKD [41]. המחלה תמיד מתקדמת למחלת כליות סופנית(ESKD) בבגרות, עם חדירה של 100%. נדיר (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 אי ספיקת כליות, המייצגת את אחת ממחלות הכליה המונו-גניות הנפוצות ביותר [21, 24].

המנגנון הפתוגני של ADTKD-UMOD נובע מהצטברות רעילה של אורמודולין מוטנטי בתאי TAL, עם התרחבות ER וירידה מקבילה ברמות החלבון בשתן [12]. מחקרים של מודלים של עכברים הנושאים מוטציות אורומודולין מאשרים שהצטברות תוך-תאית של אורומודולין מוטנטי מובילה ללחץ ER, אינדוקציה של תגובת החלבון הנפרשת, ונזק צינורי ופיברוזיס בין-תאי - המבסס את הרווח של מנגנון תפקוד רעיל ב-ADTKD-UMOD [53]. מנגנון זה מצביע על כך שהפחתת הייצור של החלבון המוטנטי, למשל על ידי שימוש באוליגונוקלאוטידים אנטי-סנס, יכולה להיות אסטרטגיה להאט את מהלך המחלה. הביטוי ספציפי לכליהשל UMOD, והפנוטיפ הקל בעכברי נוקאאוט של Umod תומכים בערך הפוטנציאלי של גישה כזו [12].

לפיכך, UMOD מעורב בשני הקצוות של ספקטרום המחלות הגנטיות: גרסאות נדירות במיוחד עם גודל אפקט גדול (ADTKD-UMOD) וגרסאות GWAS נפוצות הקשורות להפחתת eGFR וסיכון ל-CKD באוכלוסייה הכללית. לפיכך, הפרעות הכרוכות בייצור ו/או הפרשת אורמודולין הן בעלות רלוונטיות רחבה.

מסקנות ונקודות מבט

שלושים שנה לאחר זיהוי הגן הראשון המעורב במחלת כליות תורשתית, השימוש בכלים גנטיים יותר ויותר יעילים ובמחיר סביר אפשר להגביר את יעילות האבחון עבור נדיריםהפרעות בכליות, כדי להבהיר הטרוגניות גנטית ואונטולוגיה של מחלות, ולגלות גנים משנים המעורבים בשונות תוך משפחתית [10, 60, 67, 69]. השימוש בגנום שלם, גנוטיפ SNP ונתוני פנוטיפ עזר גם הוא להבהיר את תפקידה של שונות גנטית מורכבת בתורשה החסרה שנצפתה עבור CKD ותכונות הקשורות לכליות. לדוגמה, מחקר שנערך לאחרונה הראה את ההשפעה של חזרות משתנה של נוקלאוטידים (VNTRs) ב-MUC1 עם פנוטיפים מרובים של כליות [38].

גילוי גנים חדשים יניע מחקרים רב-שלביים המבססים מנגנונים תאיים ומטרות תרופות אפשריות. ניתוחים אלה צריכים לפענח עוד יותר את הרצף של הגנטיסיכון למחלת כליות, עם גנים מעורבים מהפרעות מנדליות נדירות ועד וריאציות נפוצות באוכלוסייה הכללית. דוגמאות כוללות גנים המעורבים בטיפול ב-NaCl ברמת האבובות של הכליה (למשל, SLC12A3, KCNJ1, SLC12A1, UMOD), רלוונטיים גם לוויסות לחץ הדם באוכלוסייה; גנים המעורבים באנדוציטוזיס בתיווך קולטן באבובית הפרוקסימלית (למשל, LRP2, CUBN, DAB2), שהוכח על ידי GWAS כמשפיעים על תפקוד הכליות והסיכון ל-CKD; גנים המעורבים בהפרעות נדירות של טיפול ב-Ca2+ ו-Mg2+ (למשל, CASR, TRPM6, CLDN14, CNNM2), הקשורים גם להומאוסטזיס מינרלים ותכונות מטבוליות באוכלוסייה הכללית [67]. המנגנונים המקיימים את ההשפעה של גרסאות נדירות ושכיחות בגנים אלו או בגנים נוספים שזוהו על ידי GWAS יספקו תובנות לגבי היבטים שונים של תפקוד הכליות.

ניתוח של מערכי נתונים גנומיים גדולים מעלה כי וריאנטים גנטיים בעלי גודל אפקט ביניים חייבים לגשר על הפער בין וריאנטים נדירים בעלי השפעה גבוהה הגורמים להפרעות מנדליות לבין וריאנטים תכופים, בעלי השפעה נמוכה המעורבים במחלות מורכבות (איור 1). גרסאות אלו בעלות אפקט ביניים יכולות להוביל למחלה מנדלית שאינה חודרת במלואה או למודל אוליגו/פוליגני המשנה את ביטויי המחלה [30]. וריאנטים בעלי אפקט ביניים כאלה עשויים להיות גם חלק מהרצף הגנטי שבבסיס CKD, בהתבסס על היעדר וריאנטים פתוגניים נדירים ברוב חולי CKD [24] והתורשה החסרה ב-GWAS [70]. לאחרונה, זיהינו ואפיינו וריאנטים בעלי אפקט ביניים ב-UMOD התורמים ל-CKD על ידי חציית מערכי נתונים של אוכלוסיה כללית עם וריאנטים מאוחדים שדווחו ב-ADTKD; ניתוח גדלי אפקטים ביולוגיים ופנוטיפיים באמצעות מודלים בסיליקו, מערכות תאים, מסדי נתונים וביו-בנקים; ואימות ההשפעה על אי ספיקת כליות ב-100,000 Genomes Project וב-UK Biobank [43].

השגת מידע גנטי בחולים עם נדיריםמחלות כליותכבר מבסס רפואה מדויקת וכנראה יגדל במהירות [10, 17, 36]. עם GWAS גדול יותר ושיטות סטטיסטיות מתקדמות, ציוני סיכון פוליגניים (PRS) יתפתחו, עם פרספקטיבה של זיהוי מוקדם של נבדקים בסיכון לפתח מחלות כליה מורכבות, לפני שהירידה ב-eGFR באה לידי ביטוי - מה שמציע אפשרות להתערבות מוקדמת [27, 70 , 72].

הפניות

1. Barker DF, Hostikka SL, Zhou J et al (1990) זיהוי מוטציות בגן הקולגן COL4A5 בתסמונת אלפורט. מדע 248:1224–1227

2. Bates JM, Raf HM, Prasadan K et al (2004) עכברי נוקאאוט חלבון Tamm-Horsfall נוטים יותר לזיהום בדרכי השתן. כליות אינט 65:791–797

3. Böger CA, Gorski M, McMahon GM et al (2017) מוקדי NFAT5 ו- SLC4A10 קשורים לאוסמולאליות פלזמה. J Am Soc Nephrol 28:2311–2321

4. Brunati M, Perucca S, Han L et al (2015) הסרין פרוטאז פפסין מתווך הפרשת שתן ופילמור של Zona

5. Pellucida domain protein uromodulin. Elife 4:e08887 Buf R, Korstanje R. (2022) השפעת הרקע הגנטי על מודלים של עכברים של מחלת כליות. Kidney Int (בעיתונות)

6. Corre T, Arjona FJ, Hayward C et al (2018) מטה-אנליזה רחבה של הגנום מגלה אינטראקציות בין הומאוסטזיס מגנזיום ופנוטיפים מטבוליים. J Am Soc Nephrol 29:335–348

7. Corre T, Olinger E, Harris SE et al (2017) גרסאות נפוצות ב-CLDN14 קשורות להפרשה דיפרנציאלית של מגנזיום על פני סידן בשתן. Pfugers Arch 469:91–103

8. Davezac N, Tondelier D, Lipecka J et al (2004) גישה פרוטאומית גלובלית חושפת את מעורבותם של קרטין 8 ו-18 במסירת מווסת מוליכות טרנסממברנה של סיסטיק פיברוזיס (CFTR)/deltaF508-CFTR לממברנת הפלזמה. פרוטאומיקה 4:3833–3844

9. Denic A, Mathew J, Lerman LO et al (2017) קצב סינון גלומרולרי יחיד-נפרון במבוגרים בריאים. N Engl J Med 376:2349–2357

10. Devuyst O, Knoers NV, Remuzzi G, Schaefer F (2014) מחלות כליה תורשתיות נדירות: אתגרים, הזדמנויות ונקודות מבט. Lancet 383:1844–1859

שירות תומך:

דוא"ל:wallence.suen@wecistanche.com

ווטסאפ/טלפון:+86 15292862950

לִקְנוֹת:

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