UMOD Dan Arsitektur Penyakit Ginjal

Abstrak

Identifikasi faktor genetik yang terkait dengan risiko, permulaan, dan perkembanganpenyakit ginjalmemiliki potensi untuk memberikan wawasan mekanistik danperspektif terapeutik. Dalam waktu kurang dari dua dekade, kemajuan teknologi menghasilkan banyak informasi mengenai arsitektur genetikapenyakit ginjal kronis. Spektrum pengaruh genetik berkisar dari varian (sangat) langka dengan ukuran efek besar, yang terlibat dalam penyakit Mendel, hingga varian umum, seringkali non-coding dan dengan ukuran efek kecil, yang berkontribusi terhadap penyakit poligenik. Di sini, kita meninjau paradigmaUMOD, gen yang mengkode uromodulin, untuk menggambarkan bagaimana protein spesifik ginjal yang memiliki kepentingan fisiologis utama terlibat dalam spektrum gangguan ginjal. Bidang penyelidikan baru ini menggambarkan pentingnya variasi genetik dalam patogenesis danprognosis penyakit, denganimplikasi terapeutik.

KLIK DI SINI UNTUK MENGETAHUI CISTANCHE UNTUK PENGOBATAN PENYAKIT GINJAL

Dengan perkiraan prevalensi global di atas 10%, beban individu dan masyarakat yang tinggi, dan pilihan terapi yang terbatas,penyakit ginjal kronis(CKD) merupakan masalah kesehatan masyarakat yang utama. Bahkan pada tahap awal, CKD dikaitkan dengan berbagai komplikasi dan hasil yang merugikan, dan merupakan faktor risiko utama percepatan penyakit inipenyakit kardiovaskulardan penuaan [15]. Selama beberapa dekade, kurangnya pemahaman mekanistik terhadap berbagai fungsi yang dilakukan oleh ginjal memperlambat pengembangan intervensi farmakologis yang menargetkan CKD dan komplikasi terkaitnya [10, 32].

Pengelompokan kelainan ginjal dalam keluarga, tingginya heritabilitas parameter fungsi ginjal, dan kerentanan variabel strain hewan inbrida terhadap kerusakan ginjal mendorong upaya kuat untuk menguraikan arsitektur genetik penyakit ginjal [5, 15, 37, 60]. Terobosan genetik pertama dalam nefrologi adalah pemetaan penyakit ginjal polikistik autosomal dominan (ADPKD) pada tahun 1985 [51] dan identifikasi mutasi pada COL4A5 yang menyebabkan sindrom Alport pada tahun 1990 [1]. Identifikasi gen yang terlibat dalam penyakit glomerulus dan tubulus klasik segera menyusul, termasuk sindrom nefrotik resisten steroid, sistinosis nefropati, penyakit Dent, sindrom Bartter dan Gitelman, diabetes insipidus nefrogenik, dan ADPKD [10]. Dalam waktu kurang dari dua dekade, munculnya teknologi baru termasuk pengurutan generasi berikutnya (NGS) dan studi asosiasi genome-wide (GWAS) mengarah pada identifikasi ratusan gen yang menyebabkan kelainan ginjal bawaan atau terkait dengan metrik fungsi ginjal dan risiko CKD. . Pada gilirannya, wawasan ini meningkatkan pemahaman kita tentang proses yang terjadi pada segmen nefron normal dan nefron yang sakit, sehingga memberikan target terapi baru [10, 60, 67]. Penemuan-penemuan ini dimungkinkan berkat penelitian kolaboratif yang mengumpulkan keluarga-keluarga dengan kelainan langka dan kelompok besar multi-etnis untuk masing-masing menemukan varian genetik yang langka dan umum. Dalam tinjauan singkat ini, kami akan menggunakan paradigma variasi genetik pada UMOD, gen yang mengkode uromodulin—protein paling melimpah di ginjal dan urin normal—untuk menggambarkan bagaimana pendekatan genetik berpotensi menghasilkan wawasan tentang arsitektur CKD. . Studi-studi ini melibatkan beberapa kohort Swiss, mulai dari populasi normal hingga penyakit langka, dan perkembangan teknologi yang didukung oleh Pusat Kompetensi Ginjal Nasional Swiss. CH.

Spektrum frekuensi alel dan ukuran efek pada penyakit

Setelah pengaruh genetik pada aspek tertentu dari fungsi ginjal telah diketahui, penyelidikan spesifik dapat menguraikan arsitektur genetik dari kelainan yang terkait dengan sifat tersebut. Ada tiga kriteria yang penting ketika mempertimbangkan varian alel terkait penyakit: (i) frekuensi varian dalam populasi; (ii) besarnya pengaruh varian terhadap fenotip; dan (iii) jumlah varian genetik yang bekerja pada fenotipe [52]. Kriteria ini secara klasik direpresentasikan pada plot X–Y, dengan prevalensi varian genetik pada sumbu x dan besarnya ukuran pengaruhnya pada sumbu y (Gbr. 1). Hubungan ini memvisualisasikan spektrum variasi alel, mulai dari varian (ultra-) langka (frekuensi alel minor< 1°/00) with large effect size, involved in Mendelian disorders, to common variants (frequency>5%), dengan ukuran efek kecil yang terlibat dalam kelainan poligenik yang umum [34]. Varian genetik ini dapat diidentifikasi menggunakan teknologi baru termasuk NGS dan GWAS. Varian efek menengah, yang tidak ditangkap oleh GWAS tetapi dapat menerima pendekatan pengurutan, diperkirakan menjadi bagian dari kontinum (Gbr. 1). Baik penelitian berbasis populasi maupun kohort penyakit langka sangat penting untuk penemuan gen tersebut.

Kelompok SKIPOGH dan CoLaus: studi heritabilitas dan GWAS

Dua kohort Swiss berbasis populasi memberikan dukungan yang sangat berharga untuk penelitian yang menyelidiki heritabilitas parameter fungsi ginjal dan peran variasi UMOD pada CKD (Gambar 2).

Studi CoLaus ("Cohorte Lausannoise") adalah studi kohort longitudinal berbasis populasi yang dimulai pada tahun 2003 di kota Lausanne. Peserta CoLaus dipilih secara acak dari daftar lengkap penduduk Lausanne pada tahun 2003 [16]. Kriteria inklusi adalah (i) persetujuan tertulis; (ii) usia 35–75 tahun; (iii) kesediaan mengikuti pemeriksaan dan mendonorkan sampel darahnya; dan (iv) asal Kaukasia. Pada akhir perekrutan pada tahun 2006, data dasar CoLaus mencakup 6.538 peserta (tingkat partisipasi: 34%). Peserta pertama kali dilihat dari tahun 2003 hingga 2006, kemudian ditindaklanjuti dari tahun 2009 hingga 2012, 2014 hingga 2017, dan 2018 hingga 2021. Pada keempat kunjungan tersebut, peserta mengikuti pemeriksaan kesehatan pagi hari di Rumah Sakit Universitas Lausanne setelah puasa semalaman, yang terdiri dari: pengambilan sampel darah, penilaian fitur antropometri, dan penyelesaian kuesioner kesehatan terperinci yang menanyakan tentang faktor gaya hidup, status sosial ekonomi dan perkawinan, riwayat penyakit pribadi dan keluarga, serta asupan obat [39]. Proyek CoLaus mencakup serangkaian "sub-studi" yang bertujuan untuk mengeksplorasi hasil spesifik terkait kesehatan dan paparan lingkungan (https://www.colaus-psycolaus.ch/).

Gambar 1 Arsitektur genetik penyakit: spektrum frekuensi alel dan ukuran efek. Varian dalam gen penting mungkin terlibat dalam kontinum antara penyakit langka dan penyakit kompleks, sesuai dengan frekuensi alel risiko dalam populasi (sumbu x) dan kekuatan ukuran efek (rasio odds, sumbu y). Alel (Ultra) yang langka dapat diidentifikasi dengan pengurutan generasi berikutnya (NGS), sedangkan varian umum dapat diidentifikasi menggunakan studi asosiasi genome-wide (GWAS). Varian efek antar ukuran diperkirakan melengkapi dikotomi, bermanifestasi sebagai penyakit Mendel yang tidak sepenuhnya penetran atau model oligo/poligenik yang memodifikasi ekspresifitas penyakit. Gambar diadaptasi dari Manolio dkk. [34]

Gambar 2 Infografis yang merangkum desain studi berbasis populasi CoLaus dan SKIPOGH

Proyek Ginjal Swiss tentang Gen dalam Hipertensi (SKIPOGH) adalah kelompok berbasis keluarga dan populasi yang menyelidiki faktor genetik dan lingkungan yang menentukan fungsi ginjal dan tekanan darah. SKIPOGH adalah studi longitudinal multisenter dengan peserta yang direkrut di kota Lausanne, dan wilayah Jenewa dan Bern [46, 49]. Pada awal, subjek yang memenuhi syarat dipilih secara acak dari studi CoLaus berbasis populasi di Lausanne dan dari studi Bus Santé berbasis populasi di Jenewa [26]. Di Bern, subjek dipilih secara acak menggunakan direktori telepon wilayah. Kriteria inklusi adalah (i) persetujuan tertulis; (ii) berusia minimal 18 tahun; (iii) keturunan Eropa; dan (iv) setidaknya satu, dan idealnya tiga, anggota keluarga tingkat pertama yang bersedia berpartisipasi dalam penelitian ini. Tingkat partisipasi adalah 20% di Lausanne, 22% di Jenewa, dan 21% di Bern. Gelombang pertama SKIPOGH terjadi antara tahun 2009 dan 2013 (baseline: SKIPOGH 1), sedangkan gelombang kedua dimulai pada tahun 2012 dan berakhir pada tahun 2016 (tindak lanjut: SKIPOGH 2). SKIP-OGH 1 melibatkan 1.128 peserta yang berasal dari 273 keluarga inti. Pada kedua gelombang tersebut, peserta penelitian menghadiri kunjungan medis pagi hari setelah puasa semalaman, yang meliputi pengambilan sampel darah, pencitraan ginjal, evaluasi jantung, dan biobanking. Peserta menyelesaikan kuesioner terperinci tentang riwayat kesehatan mereka, asupan pengobatan, faktor gaya hidup, dan karakteristik sosial ekonomi (http://www.skipo gh.ch/index.php/Welcome_ke_the{{ 24}}SKIPOGH_belajar!).

Memperkirakan kontribusi relatif pengaruh genetik dan lingkungan terhadap parameter fungsi ginjal serta kadar elektrolit serum dan urin merupakan prasyarat untuk penelitian yang bertujuan mengidentifikasi gen yang terlibat dalam fungsi ginjal. Berkat penerapan protokol standar di beberapa pusat, heritabilitas (yaitu, proporsi varian suatu sifat yang dijelaskan oleh efek genetik) dari perkiraan laju filtrasi glomerulus (eGFR) serta konsentrasi serum dan urin, pembersihan ginjal, dan ekskresi fraksional elektrolit utama dapat dianalisis dalam kohort SKIPOGH berbasis keluarga [37]. Estimasi heritabilitas tinggi diamati untuk estimasi GFR menggunakan CKD EPI Eq. (46±6%), kreatinin serum (49±6%), cystatin C CKD-EPI (58±5%), dan urea serum (49±6%). Warisan konsentrasi serum tertinggi untuk kalsium, 37%, dan terendah untuk natrium, 13%. Semua nilai probabilitasnya signifikan. Hasil ini memberikan dasar untuk penyelidikan lebih lanjut mengenai dasar genetik fungsi ginjal dan homeostasis elektrolit pada populasi umum.

Selain studi heritabilitas, data dari peserta kohort SKIPOGH dan/atau CoLaus dimasukkan dalam GWAS yang mengidentifikasi lokus baru untuk fungsi ginjal dan CKD [70], produksi dan ekskresi uromodulin [29, 40], albuminuria [58, 59 ], kadar urat serum [61], homeostasis magnesium dan kalsium [6, 7], dan osmoregulasi [3].

Varian UMOD pada GWAS untuk fungsi ginjal dan CKD

Studi asosiasi genom adalah alat yang berguna dan tidak memihak untuk mengungkap wilayah genom ("lokus") yang terkait dengan parameter fungsi ginjal dan risiko CKD. Biasanya, GWAS memerlukan ukuran sampel yang besar, sehingga menghasilkan signifikansi seluruh genom (nilai P<5× 10−8) variants that are common and associated with a relatively small increase in disease risk [69]. The largest GWAS in the field of nephrology addressed traits like the eGFR based on serum creatinine (eGFRcrea) [13, 69, 70]. As discussed above, there is a strong genetic predisposition to CKD, as the heritability of the eGFR is close to 50% [37]. The largest and most recent GWAS for eGFR identifed>250 lokus genetik dan menjelaskan hampir 20% heritabilitas tersebut [70]. Diantaranya, varian lokus UMOD menampilkan ukuran efek terbesar pada eGFR dan CKD [70]. Efek ini diperkirakan terkait dengan ekspresi uromodulin yang didorong secara genetis (lihat di bawah), konsisten di berbagai kelompok etnis dan juga diamati pada sifat longitudinal termasuk penurunan eGFR yang cepat [23].

Lokus UMOD mencakup polimorfisme nukleotida tunggal (SNP; misalnya, rs12917707 dan rs4293393) yang berada dalam ketidakseimbangan hubungan lengkap (LD) dalam blok besar yang mencakup promotor gen. Untuk SNP ini, alel "risiko" adalah alel umum, dengan frekuensi berkisar antara 0.765 dan 0.955 [65]. Yang penting, varian promotor UMOD dikaitkan dengan ekspresi uromodulin di ginjal dan kadarnya dalam urin dan darah. Faktanya, pembawa alel risiko UMOD yang homozigot memiliki kadar uromodulin dua kali lipat lebih tinggi dalam urin, dibandingkan dengan pembawa alel pelindung (minor) yang homozigot [29, 40, 64]. GWAS terbaru untuk eGFR mengidentifikasi sinyal yang kuat dan independen dalam PDILT, gen yang mengapit UMOD pada kromosom 16 [70]. Yang menarik, varian intronik PDILT rs77924615 dikaitkan dengan kadar uromodulin urin, namun tidak dengan ekspresi PDILT, menunjukkan bahwa varian tersebut mengatur ekspresi uromodulin [70]. Hipotesis ini didukung oleh hubungan independen rs77924615 dengan kadar uromodulin urin pada dua meta-GWAS [29, 40]. Kemungkinan hubungan antara ekspresi uromodulin, yang telah divalidasi secara eksperimental untuk varian UMOD-PDILT, dan transkrip lain yang berkorelasi dengan varian di lokus yang sama belum dieksplorasi (31).

Lokus UMOD juga telah dikaitkan dengan hipertensi dan insiden penyakit kardiovaskular [44], batu ginjal [25], dan asam urat/asam urat [25, 61], memperkuat pentingnya lokus ini dalam serangkaian penyakit umum. Dalam GWAS ini, alel UMOD yang terkait dengan ekspresi/kadar uromodulin yang lebih tinggi dikaitkan dengan peningkatan risiko CKD, hipertensi, dan hiperurisemia, padahal alel tersebut bersifat protektif terhadap batu ginjal [11, 53].

Relevansi biologis lokus UMOD untuk CKD

Relevansi lokus UMOD GWAS dalam kaitannya dengan fungsi ginjal segera terlihat, karena UMOD adalah gen spesifik ginjal yang mengkode uromodulin, protein paling melimpah yang diekspresikan di ginjal dan diekskresikan dalam urin normal [11, 13, 53]. Uromodulin terutama diproduksi oleh bagian menaik yang tebal (TAL) dari lengkung Henle dan, pada tingkat lebih rendah (sekitar 10%) di segmen awal tubulus berbelit-belit distal (DCT) [63]. Uromodulin adalah protein berlabuh glikosilfosfatidlinositol (GPI) yang termasuk dalam keluarga protein domain zona pellucida (ZP) (Gbr. 3). Protein ini sangat terglikosilasi (30% dari Mw) dan mengandung 48 residu sistein yang dilestarikan yang terlibat dalam 24 ikatan disulfida intramolekul yang diperlukan untuk pelipatan yang benar. Uromodulin mengandung empat domain mirip faktor pertumbuhan epidermal (EGF), domain kaya sistein (D8C), dan domain ZP bipartit yang memungkinkan polimerisasi protein. Dalam sel TAL, uromodulin monomerik yang terikat membran apikal dibelah oleh serin protease hepsin di lokasi pembelahan yang dilestarikan yang terletak di dekat terminal-C protein [4, 42]. Pembelahan ini memungkinkan polimerisasi uromodulin ekstraseluler menjadi filamen yang membentuk struktur seperti matriks dalam urin, yang merupakan unsur utama cetakan urin (56). Baru-baru ini, struktur tiga dimensi (3D) dari polimer uromodulin urin asli diperoleh dengan cryo-electron tomography, menunjukkan tulang punggung berbentuk zigzag yang dibentuk oleh domain ZP terpolimerisasi dan lengan menonjol yang terdiri dari domain EGF dan D8C [68]. Pemetaan N-glikosilasi, uji biofisik, dan pencitraan mengungkapkan bahwa uromodulin mengikat pilus adhesin Escherichia coli tipe 1 dan bahwa filamen uromodulin berasosiasi dengan uropatogen dan memediasi agregasi bakteri, berpotensi mencegah adhesi dan mendorong pembersihan patogen [68]. Penelitian terbaru juga menjelaskan regulasi ekskresi uromodulin dalam urin, termasuk peran yang dimainkan oleh reseptor penginderaan kalsium [62] dan keratin tipe 1 KRT40 [29], dan aktivitas proses transportasi yang beroperasi di TAL [50 , 54, 62].

Jika sebagian besar uromodulin ditargetkan secara apikal untuk membentuk polimer terorganisir dalam urin, perlu dicatat bahwa uromodulin juga terdeteksi dalam bentuk monomer dalam serum, pada tingkat yang setidaknya 100-kali lipat lebih rendah dibandingkan dalam urin [11, 53]. Mekanisme yang mengatur perdagangan uromodulin basolateral dan pelepasannya ke interstitium dan selanjutnya ke dalam sirkulasi pada dasarnya masih belum diketahui. Meta-GWAS terbaru dari uromodulin yang bersirkulasi menggunakan metode deteksi yang berbeda mengungkapkan bahwa varian missense (p.Cys466Arg) dalam enzim uromodulin-glikosilasi B4GALNT2 adalah alel hilangnya fungsi yang menyebabkan kadar uromodulin serum lebih tinggi, sementara lokus lain mempengaruhi glikosilasi uromodulin yang bersirkulasi [33]. Pandangan saat ini adalah bahwa uromodulin interstisial dapat berinteraksi silang dengan sel tubulus proksimal, berkontribusi dalam mengatur imunitas bawaan, sedangkan uromodulin yang bersirkulasi dapat bertindak sebagai anti-oksidan [53].

Studi pada tikus knock-out uromodulin (Umod−/−) telah memberikan wawasan penting tentang peran uromodulin dan relevansinya untuk berbagai proses yang beroperasi di ginjal. Penjelasan rinci tentang peran ini diberikan dalam ulasan terbaru [11, 53]. Singkatnya, polimer uromodulin dalam urin melindungi terhadap pembentukan batu ginjal dan infeksi saluran kemih (ISK); uromodulin mengatur sistem transpor natrium di TAL dan DCT, sehingga mengatur tekanan darah dan kemampuan pemekatan urin; itu menstabilkan saluran TRPV5, TRPV6, dan TRPM6, sehingga meningkatkan aktivitasnya di DCT. Sejumlah kecil uromodulin yang dilepaskan dari sisi basolateral sel TAL ke dalam interstitium dapat mengatur proses di sel tubulus proksimal yang berdekatan dan berkontribusi terhadap respons bawaan, misalnya dengan mengatur kelimpahan dan aktivitas fagosit mononuklear yang menetap, atau memasuki sirkulasi dan bertindak sebagai molekul antioksidan [53]. Semua proses ini relevan ketika mempertimbangkan timbulnya CKD, cedera tubulointerstitial, dan komplikasi yang timbul dari gagal ginjal.

Gambar 3 Tempat produksi dan struktur uromodulin. Uromodulin terutama diproduksi oleh sel-sel yang melapisi tebal ascending limb (TAL), suatu segmen yang terlibat dalam reabsorpsi NaCl dan kation divalen, namun tidak permeabel terhadap air. Uromodulin adalah protein berlabuh glikosilfosfatidlinositol (GPI) yang lalu lintas ke membran apikal sel, di mana ia dibelah oleh serin protease hepsin dan dilepaskan dalam urin di mana ia membentuk polimer besar. Polimer ini membentuk matriks cetakan urin. Struktur uromodulin yang diprediksi mengandung peptida pemimpin (L); empat domain mirip EGF (I hingga IV); domain D8C yang kaya sistein; domain C-terminal Zona Pellucida bipartit (ZP_N dan ZP_C) dihubungkan melalui tautan; dan situs penahan GPI di posisi 614. Tujuh situs N-glikosilasi ditandai dengan segitiga. Gambar diadaptasi dari Devuyst et al. [11, 12]

The association of uromodulin expression levels with kidney damage was substantiated in a transgenic mouse model overexpressing wild-type uromodulin, mimicking the situation observed in carriers of the risk UMOD haplotype [65]. The transgenic Umod mice displayed a dose-dependent increase in systolic blood pressure, with salt-sensitive hypertension. Although kidney function remained normal, aging kidneys from the Umod transgenic mice showed focal lesions (e.g., tubular casts, cysts) and increased expression of kidney damage markers (e.g., lipocalin-2, Kim-1) and chemokines, that were not detected in the kidneys of control littermates. Similar focal lesions were evidenced in kidney biopsies from individuals aged>65 tahun homozigot untuk haplotipe risiko UMOD, dibandingkan dengan individu yang homozigot untuk varian pelindung [65]. Secara bersama-sama, hasil ini menunjukkan bahwa, pada subjek yang membawa alel risiko UMOD, produksi uromodulin yang lebih tinggi yang didorong secara genetik menjadi berbahaya seiring berjalannya waktu, sehingga memicu timbulnya CKD. Efek buruk dari produksi uromodulin yang lebih tinggi di ginjal dapat disebabkan oleh peningkatan kebutuhan metabolik, aktivasi kronis sistem reabsorpsi garam, atau kerusakan pada lumen tubulus distal atau pada sirkulasi, yang menjelaskan mengapa lokus ini berhubungan dengan penuaan yang kuat. efek [11, 13]. Sebagai catatan, varian risiko UMOD yang berhubungan dengan kadar uromodulin yang lebih tinggi juga berhubungan dengan aktivasi NKCC2, dan dengan demikian respon yang lebih tinggi terhadap furosemide [65]. Uji klinis yang menguji potensi pengaruh varian UMOD ini terhadap respons terhadap diuretik loop pada individu dengan hipertensi sedang dilakukan (Clinical Trials.gov Identifier: NCT03354897).

Layanan Pendukung:

Surel:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Telp:+86 15292862950

Toko:

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