Anne Hastalığı ve Böbrek Gelişiminde Epigenetik Düzenleme

daha fazla bilgi için:ali.ma@wecistanche.com

BÖLÜM Ⅱ: Çevre Koşullarının Nefron Sayısı Üzerine Etkileri: Anne Hastalığının Modellenmesi ve Böbrek Gelişiminde Epigenetik Düzenleme

Lars Fuhrmann, Saskia Lindner, Alexander-Thomas Hauser, Clemens Höse & et al.

Soyut

Artan kanıtlar, doğumdaki düşük nefron sayılarının, yaşamın ilerleyen dönemlerinde kronik böbrek hastalığı veya hipertansiyon riskini artırabileceğini düşündürmektedir. Maternal yetersiz beslenme, ilaç kullanımı ve sigara gibi çevresel stres faktörleri doğumda böbrek boyutunu etkileyebilir. Tek değişkenli çevresel koşulları modellemek için metanefrik organ kültürleri kullanılarak, gelişimsel bozulma kalıpları için maternal hastalık modelleri değerlendirildi. Hipertermi böbrek gelişimi üzerinde sınırlı etkiye sahipken, fetal demir eksikliği, böbrek büyümesi ve nefrogenezde ciddi bozulma ile tam proksimal bir fenotip ile ilişkilendirildi. Yüksek glikoz koşulları altında böbrek eksplantlarının kültürlenmesi, insan diyabetik nefropatisine benzeyen hücresel ve transkriptomik değişikliklere yol açtı. Kısa süreli yüksek glukoz kültürü koşulları, DNA metilasyonuyla ilişkili epigenetik bellekte uzun süreli değişiklikler için yeterliydi. Son olarak, epigenetik değiştiricilerin böbrek gelişimindeki rolü, küçük bir bileşik kitaplığı kullanılarak test edildi. Seçilen epigenetik inhibitörler arasında, HDAC (entinostat, TH39), histon demetilaz (deferasiroks, deferoksamin) ve histon metiltransferaz (siproheptadin) inhibitörleri gibi çeşitli bileşikler böbrek büyümesi üzerinde bir etki ortaya çıkardı. Bu nedenle, metanefrik organ kültürleri, metabolik koşulları incelemek için değerli bir sistem ve böbrek gelişiminde epigenetik değiştiricileri taramak için bir araç sağlar.

Böbrek fonksiyonu için Urduca Cistanche için tıklayın

BÖLÜM İÇİN TIKLAYIN Ⅰ

3. Tartışma

Böbrek gelişimi öncelikle uteroda gerçekleşir ve metabolik ve çevresel etkilerden etkilenmeye tabidir. Nefron sayısı doğumda belirlenir ve giderek artan kanıtlar, düşük nefron sayılarının, yaşamın ilerleyen dönemlerinde hipertansiyon ve kronik böbrek hastalığı gelişimi için bir risk faktörü olduğunu düşündürmektedir [2-4,60]. Bununla birlikte, nefron sayısını ve etki şeklini etkileyen birçok faktör hala bilinmemektedir. Burada, Transwell eklerinde kültürlenen çift floresan raportör farelerden alınan embriyonik böbrekler, maternal metabolik koşulları modellemek ve epigenetik inhibitörleri taramak için kullanıldı.

Artık birçok çalışma insan iPS hücrelerini kullanan böbrek organoidlerini içeriyor olsa da [61] böbrek kültürleri, metabolik koşullar veya inhibitör ajanların aracılık ettiği fenotiplerin ayrıntılı analizi için değerli bir araçtır. Progenitör hücre kültürleri ve böbrek organoidleri, teratojenisite araştırmaları için önemli potansiyele sahip alternatifler olsa da, farklılaşma ve büyümede yüksek değişkenlik ve geleneksel bir organ yapısının olmaması gibi sınırlamalara tabidirler. Bu, metanefrik organ kültürünü, in vivo olarak uygun olmayacak koşulları araştırmak için değerli bir alternatif haline getirir.

Bu nedenle, hipertermi ve demir eksikliği, böbrek büyümesi ve nefron sayıları üzerinde farklı sonuçları olan çevresel koşulların araştırılmasına ilişkin iki örnek sağlar. Hiperterminin böbrek büyümesi üzerindeki etkisine ilişkin veriler az olmakla birlikte, ex vivo demir kısıtlamasının etkisi, sıçanlarda maternal demir eksikliğine ilişkin önceki raporlarla uyumludur [23.24], ancak model, anne karnındaki durumu tam olarak çoğaltmada sınırlıdır. konsantrasyonu ve demir kinetiği. Sonuçlarımız ayrıca demir kısıtlı durumda mitotik aktivitenin azaldığını göstermiştir. Demir, hücre döngüsü gibi birçok hücresel süreçte önemli bir rol oynar [62]. Morfolojik analizimiz, muhtemelen engellenmiş kanonik Wnt sinyalinin bir sonucu olarak, tamamen yakın bir nefron farklılaşma fenotipi gösterdi. Wnt sinyali ile ilişkili genlerin yaygın olarak aşağı regülasyonu, daha önce maternal demir eksikliğine maruz kalan sıçan yavrularının bir mikrodizi analizinde rapor edilmişti [63]. Mekanik olarak, şelatlama ajanları tarafından hücre içi demir tükenmesinin, kanser ve nöral progenitör hücrelerde kanonik Wnt yolunun ana akış aşağı efektör proteini olan -katenin'in proteazomal bozunmasını indüklediği gösterilmiştir [64,65].

Başka bir metabolik durum olarak, yüksek glikoz maruziyetini modellemek, in vivo streptozotosin ile indüklenen maternal diyabetinkine benzer etkilerle sonuçlandı[10,26,27,{4}}]. Modelimiz 30 mM glikoz koşullarının etkilerini, muhtemelen daha önce bildirilen fare arka planı etkisi nedeniyle [28,72] yeniden üretemezken, 55 mM glikoz koşulları, büyümenin azalmasına ve nefron sayılarının azalmasına neden oldu. Belirgin değişiklikler, insan diyabetik nefropatisine benzeyen glomerüler bazal matriksin genişlemesiyle birlikte glomerüllerde histolojik ve ultrastrüktürel olarak görülebilirdi. Önemli podosit genlerinin belirgin ECM genişlemesi ve aşağı regülasyonu ile yüksek glikoza murin fetal ve insan yetişkin böbrek tepkisi arasındaki benzerlikler çarpıcıydı ve podositlerde ve tübüllerde benzer mekanizmaların kullanıldığını gösteren diyabetle ilişkili bilinen birçok gen ortaya çıkardı. Bununla birlikte, aynı altta yatan yolların diyabetik nefropatide farklılaşmaya ve fetal farklılaşma sırasında farklılaşmada azalmaya yol açıp açmadığı şu ana kadar bilinmemektedir. İlginç bir şekilde, diyabetik ortamdaki hiper-ketonemi gibi glukoz dışı değişikliklerin de teratogeneze aracılık ettiği gösterilmiş, ancak böbrek kültürü modelinde tekrarlanmamıştır [73,74]. Hipergliseminin uzun vadeli etkileri de modelimizde tekrarlanabilirdi ve önceki raporlara benzer şekilde gliseminin normalleştirilmesinden sonra sürekli büyüme geriliği gösterdi [10]. Ek olarak, DNA metilasyon analizi, tekrarlayan bölgelerde uzun süreli bir DNA hipometilasyonu ve düşük glikoz ortamına geri çevrildikten sonra Ppargcla lokusunda hipermetilasyon ortaya çıkardı, bu da bir metabolik stres döneminden sonra metabolik hafızanın oluşumunu gösterir [30]. Diferansiyel olarak düzenlenmiş genlerin birçoğunun daha önce diyabette epigenetik olarak düzenlendiği gösterilmiştir. Örneğin, yukarı regüle edilmiş gen MEST, maternal olarak damgalanır ve gestasyonel diyabetes mellitusta hipometillenir[75]. S100A4, obez çocuklarda insülin direncinin diferansiyel olarak metillenmiş bir belirtecidir [76]. Aşağı regüle edilmiş genlerden ESM1 ve RASGRP3, gestasyonel diyabette diferansiyel olarak metillenmiş genlerin örnekleridir [77,78], diyabet ve epigenetik düzenleme arasındaki bağlantıların artan şekilde ortaya çıktığını gösterir. Bu nedenle, sistemimiz epigenetik modifikasyonu veya fetal programlamayı önemli bir düzenleyici mekanizma olarak vurgular.

Birkaç epigenetik düzenleyici enzimin hem renal morfogenezde hem de yetişkin organ fonksiyonu ve hastalığında transkripsiyonel regülasyonda yer aldığı bilinmektedir [30,40,79-81]. Bir tarama aracı olarak böbrek kültürlerini kullanarak, böbrek gelişiminde ve nefron morfogenezinde rol oynayan ek epigenetik değiştiricileri araştırdık. Entinostat (MS-275), nefron progenitör hücrelerinde veya üreter tomurcuk hücrelerinde daha önce bildirilen HDAC1 ve HDAC2 genetik delesyonu ile uyumlu olarak böbrek boyutunu küçültmüştür[44,82,83]. HDAC8'in TH39 tarafından inhibisyonu eksplantta ciddi bir büyüme azalmasına ve farklılaşma eksikliğine neden olurken, yüksek düzeyde spesifik HDAC8 inhibitörü PCI-34051hiçbir etki göstermedi, bu nedenle diğer HDAC'ler gibi TH39'un hedef dışı etkilerine işaret etti. Demir eksikliği olan koşullar altında kültürlenen böbreklere benzer bir fenotip ile, demir bağımlı JumonjiC alanı içeren histon demetilazların yayınlanmış inhibitörleri olan deferasiroks ve deferoksamin [50], demir şelasyonu nedeniyle hedef dışı etkiler sergileyebilir. Bir histamin antagonisti ve yayınlanmış Set7/9 histon metiltransferaz inhibitörü olan siproheptadin, progenitör hücre popülasyonunun difüzyonuna yol açarak benzersiz bir fenotip sergilerken, ek sonuçlar Wnt sinyal yolunu içeren hedef dışı etkilere işaret etti [48]. Bu FDA onaylı inhibitör kütüphanesi, epigenetik modülatörler için hızlı ve etkili tarama potansiyelini göstermektedir. Kullanılan sınırlı zaman çerçevesinden dolayı, etki göstermek için uzun süreli maruz kalma gerektiren inhibitörler bu kurulumda gözden kaçmış olabilir. Bu nedenle azasitidin, yayınlanan Dnmt1 nakavt fenotipine rağmen bir etki göstermedi [30].

Böbrek kültür sistemi sağlam böbrek gelişimi sunarken, çeşitli yönler bu indirgemeci modeldeki sonuçların araştırılmasını veya yorumlanmasını sınırlar. İlk olarak, çalışmalar fare ve insan gelişimi ve gen ekspresyonunda farklılıklar göstererek fare modelinin kullanımını sınırladı. Daha sonra, bu sistemdeki zaman sınırlamaları, tüm karmaşık süreçlerin ortaya çıkmasına izin vermeyebilir. Bu, bu çalışmada böbrek gelişimini etkilemeyen bazı çevresel koşulları ve epigenetik inhibitörleri açıklayabilir. Ayrıca, inhibitörlerin bazıları, etkisini GSK3-beta'nın aktivasyonu yoluyla sergiliyor gibi görünen siproheptadin durumunda veya demir şelasyonu durumunda olduğu gibi, diğer yolların inhibisyonuna katkıda bulunabilecek spesifik olmayan etkiler gösterir. deferasiroks/deferoksamin. Bu kavram kanıtı çalışmasının ötesinde, epigenetik inhibitör taraması daha fazla (spesifik) inhibitöre genişletilebilir; uzun süreler; nefron sayısı ve üreter tomurcuğu dallanması gibi ek çalışma kriterleri; ve transkriptomik ve epigenetik çalışmalar.

Özetlemek gerekirse, böbrek kültürleri hipertermi, demir eksikliği ve maternal diyabet gibi bir dizi maternal hastalık modelinin karakterizasyonunu ve farmakolojik bileşiklerin taranmasını sağlayarak, gelişmekte olan hastalıkların çevresel etkileri arasındaki karışmayı araştırmak için çok uygun bir platform sağlar. böbrek ve epigenetik programlama.

Referanslar

1. Barker, DJYetişkin hastalığının fetal ve bebek kökenleri. BMJ 1990, 301, 1111. [CrossRef]

2. Wang, X.; Garrett, MR Nefron sayısı, hipertansiyon ve CKD: İnsanlardan ve hayvan modellerinden fizyolojik ve genetik içgörü. Fi/toprak. Genom.2017,49, 180-192. [CrossRef] [PubMed]

3. Hughson, MDDouglas-Denton, R.; Bertram, JF; Hoy, WE Güneydoğu Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Afrikalı Amerikalılarda ve beyaz deneklerde Hipertansiyon, glomerüler sayı ve doğum ağırlığı. Böbrek İnt. 2006. 69,671-678. [CrossRefl [PubMedl

4. Keller, G.; Zimmer, G.; AVM, G.; Ritz, E.; Amann, Primer hipertansiyonlu hastalarda K. Nefron sayısı.N.Engl.I. Med. 2003, 348, 101-108. [CrossRef] [PubMed]

5. Lelievre-Pegorier,M; Vilar, J.; Ferrier, ML; Moreau, E.; Freund, NGilbert, T.; Merlet-Benichou, C.Mild A vitamini eksikliği, sıçanda doğuştan nefron açığına yol açar. Böbrek Int.1998,54, 1455-1462. [CrossRef] [PubMed]

6. Langley-Evans, SC; Welham, SJ; Jackson, AA Maternal düşük protein diyetine fetal maruziyet, sıçanlarda nefrogenezi bozar ve hipertansiyonu destekler. Life Sci.1999, 64, 965-974. [Çapraz Referans]

7. Singh, RR; Moritz, KM; Bertram, JF; Cullen-McEwen, LA Deksametazon maruziyetinin sıçan metanefrik gelişimi üzerindeki etkileri: İn vitro ve in vivo çalışmalar. Am.J. fizyol. böbrek. Physiol.2007, 293, F548-F554. [Çapraz Referans]

8. Cain IE: Di Giovanni, V; Smeeton, J; Rosenblum, ND Renal hipoplazinin genetiği: Nefron bağışını kontrol eden mekanizmalar hakkında bilgi. Pediatr. Araş.2010, 68, 91-98. [ÇaprazRefl

9. Lewis. RM: Forhead, AJ: Petry, CL: Ozanne.SE:Hales. C, N, Sıçanlarda maternal diyet demir kısıtlaması ile kan basıncının uzun süreli programlanması. Br. J. Nutr. 2002, 88, 283-290. [Çapraz Referans]

10. Hokke, SN; Armitage, JA; Puelles, VG; Kısa, KM; Jones, L.; Smyth, IM.; Bertram, JF; Cullen-McEwen, LA Diyabetik ve insülinle tedavi edilen gebeliğin yavrularında alt türemiş üreter dallanma morfogenezi ve nefron bağışı. PLoS BİR 2013, 8, e58243.

11. Hughson, M; Farris, AB, 3.; Douglas-Denton, R.; Hov, BİZ; Bertram, JF Otopsi böbreklerinde glomerüler sayı ve büyüklük: Doğum ağırlığı ile ilişkisi. Böbrek Int.2003, 63,2113-2122. [CrossRef] [PubMed]

12. Bianchi, G.; Fox, Ü.; Di Francesco, GF; Giovanetti, AM; Pagetti, D. Spontan hipertansif sıçanlar ve normotansif sıçanlar arasında böbrek çapraz nakli ile üretilen kan basıncı değişiklikleri. Klinik. bilim Mol. Med. 1974, 47, 435-448. [CrossRef] [PubMed]

13. Trowell, in vitro organ kültürü için OAA modifiye tekniği. Tecrübe. Hücre Araş. 1954, 6,246-248. [ÇaprazRefl

14. Saxen, L.; Lehtonen, Organ kültüründe E. Embriyonik böbrek. Farklılaşma 1987, 36,2-11. [Çapraz Referans]

15. Andersen, AM; Vastrup, P.; Wohlfahrt, J.; Andersen, PK; Olsen,J.; Melbye, Hamilelikte M.Fever ve fetal ölüm riski: Bir kohort çalışması. Lancet 2002, 360, 1552-1556. [Çapraz Referans]

16. Edwards, MJ. Teratojen olarak hipertermi: Deneysel çalışmaların gözden geçirilmesi ve klinik önemi. Toronto. Kanserojen. mutajen. 1986, 6, 563-582. [CrossRef] [PubMed]

17. Dreier, JW; Andersen, AM; Berg-Beckhoff, G. Sistematik inceleme ve meta-analizler: Hamilelikte ateş ve yavrularda sağlık etkileri. Pediatri 2014, 133, e674-e688. [Çapraz Referans]

18. Waller, DK; Hashmi, SS; Hoyt, AT; Duong, HT: Tinker, SC; Gallaway, MS; Olney, RS; Finnell, RH; Hecht, JT; Canfield, MA; et al. Annenin hamileliğin erken döneminde soğuk algınlığı veya gripten kaynaklanan ateşi ve kalp dışı doğum kusurları riski, Ulusal Doğum Kusurlarını Önleme Çalışması, 1997-2011.Doğum Kusurları Res.2018, 110,342-351. [Çapraz Referans]

19. Abe, K; Honein, MA; Moore, annenin ateşli hastalıkları, ilaç kullanımı ve doğuştan böbrek anomalileri riski. Doğum Kusurları Res.A Klinik. Mol.Teratol.2003,67, 911-918. [Çapraz Referans]