Böbrek Gelişimi ve Hastalığında MikroRNA'lar Ⅱ

Böbrek gelişimi

memeli böbreği(veya metanefros), yaşamda kritik bir rol oynayan hayati bir organdır.metabolik atıkların atılımı,hücre dışı sıvı hacminin düzenlenmesi, Veelektrolit bakımıVeasit-baz homeostazisi. Ayrıca böbrekler önemli hormonlar da üretir.eritropoietinkalsitriol,renin, Veprostaglandinler(48). Böbreğin işlevsel kapasitesi, nefron donanımı olarak da adlandırılan, doğumdan önce böbrek gelişimi sırasında oluşan işlevsel nefronların sayısıyla ilişkilidir. Her insan böbreği ortalama 1,000,000 nefron içerir, ancak bu sayı önemli ölçüde değişiklik gösterir ve tahminler 200,000 ile 2,000,{{8 arasında değişir. }} nefronlar (49, 50). İleyaşlanma,fonksiyonel nefron rezervinin kaybızamanla ortaya çıkar (51, 52); bu nedenle doğumda düşük nefron donanımı, yaşamın ilerleyen dönemlerinde hipertansiyon ve kronik böbrek hastalığı (KBH) gelişme riskinin artmasıyla ilişkilidir (53-55). Ayrıca, nefron donanımının ve nefron fonksiyonunun azalmasına neden olan CAKUT, çocuklarda böbrek yetmezliğinin önde gelen nedenidir ve transplantasyon ve diyalizle ilişkili önemli morbidite ve mortaliteye neden olur (56, 57). Böylece, nefron sayısının ve normal nefron oluşumunun altında yatan hücresel ve moleküler mekanizmaların daha iyi anlaşılması, çocukluk çağı böbrek hastalığını öngörmek, önlemek ve tedavi etmek için yeni yollara ışık tutacaktır.

BÖBREK HASTALIĞI HASTALARINDA CISTANCHE'İN ÇALIŞMASI NE KADAR SÜRER?

Metanefrik böbrek gelişimifarelerde embriyonun 10.5. günü (E10.5) civarında, insanlarda ise gebeliğin beşinci haftası civarında başlar (58). Metanefrik mezenkimden gelen indüktif sinyallere yanıt olarak üreter tomurcuğu Wolffian kanalının kaudal ucundan uzanır ve bitişik mezenkimi istila eder (Şekil 2). Eş zamanlı olarak, üreter tomurcuğundan yayılan morfojenler, üreter tomurcuğunun uçları etrafında başlık mezenkimini (aynı zamanda nefron progenitörleri olarak da adlandırılır) oluşturmak için metanefrik mezenşimin yoğunlaşmasını sağlar. Nefrogenez ilerledikçe üreter tomurcuğu, böbreğin toplayıcı kanallarını oluşturmak için art arda dallanma, uzama ve farklılaşma döngülerinden geçer. Nefron atalarının bir alt popülasyonu, polarizasyon ve uzama sonrasında virgül ve S şeklindeki vücut yapıları haline gelen böbrek keseciklerini oluşturmak için mezenkimal-epitelyal geçişe uğrar. Son olarak S şeklindeki gövdenin distal kısmı toplama kanalıyla birleşerek işlevsel bir nefron oluşturur (59-61). S şeklindeki gövde, toplama kanalı dışında nefronun olgun hücre tiplerini oluşturmak için daha fazla farklılaşmaya uğrar. Foxd1+ stromal progenitör hücreleri, gelişmekte olan böbreğin dış kortikal veya nefrojenik bölgesindeki nefron progenitörlerine bitişiktir (Şekil 2) (62). Kortikal stromadan gelen sinyallerin, nefron progenitör hücre genişlemesini inhibe ettiği ve farklılaşmasını uyardığı düşünülmektedir, çünkü renal stromanın ablasyonu, nefron progenitör farklılaşmasının bozulmasına neden olur (63). Foxd1+ progenitör hücreleri, renal kortikal ve medüller interstisyel hücreler, perisitler, perivasküler fibroblastlar, mesanjiyal hücreler ve vasküler düz kas hücreleri dahil olmak üzere metanefrik böbrekteki tüm stromal hücrelere yol açar (64, 65). Bu sürecin herhangi bir aşamasındaki aksaklıklar çocukluk çağı kronik böbrek hastalığının ana nedeni olan CAKUT'a yol açabilir (66, 67).

Olgun nefron, filtreleme ünitesi olarak görev yapan bir glomerulustan ve proksimal kıvrımlı tübül, Henle halkası, distal kıvrımlı tübül ve toplama kanalına bölünmüş boru şeklinde bir arka sorpsiyon bölmesinden oluşur (Şekil 2). Glomerulusun filtrasyon bariyeri (fenestre edilmiş endotel, glomerüler bazal membran, ayak çıkıntıları ve podositlerin yarık diyaframlarını içerir), albümin ve immünoglobulinler gibi proteinleri seçici olarak kanda tutarken plazma ve küçük çözünen maddelerin filtrasyonuna izin verir (68, 19). 69). Bu arada, boru şeklindeki yeniden emilim bölmesi, su homeostazisinin korunmasından, çözünen maddelerin (sodyum, potasyum, kalsiyum, fosfor, magnezyum, glikoz ve diğerleri dahil) yeniden emilmesinden ve asit ve diğer atıkların atılmasından sorumludur.

Gelişmekte olan böbrekteki miRNA'lar

Koşullu transgenik farelerde yapılan çalışmalarda miRNA'lar, çoklu hücre soylarında böbrek morfo oluşumunun kritik düzenleyicileri olarak ortaya çıkmıştır. Böbrek gelişiminde miRNA'ların fonksiyonel rolünü değerlendiren ilk çalışmalarda, farklı böbrek soylarında Dicer'in (70) koşullu silinmesi kullanıldı. Ancak Dicer'ın aynı zamanda miRNA'dan bağımsız rollere sahip olduğu da bilinmektedir (71), bu da bu modellerin yorumlanmasını karmaşık hale getirmektedir. Erken metanefrik mezenkim veya nefron progenitörlerinde Dicer'ın koşullu olarak silinmesi, nefron progenitörlerinde artan apoptoz, proapoptotik protein Bim'in yüksek seviyeleri ve nefrojenezin erken durmasıyla sonuçlanır (72-75) (Tablo 1). İlginç bir şekilde, Dicer eksikliği olan nefron öncüllerinde Bim ekspresyonunun kaybı apoptozu azaltır ve nefron oluşumunu kısmen onarır. Nefron öncüllerinde ifade edilen iki miRNA, miR-17 ve miR-106, BIM ifadesinin baskılayıcıları olarak tanımlandı (76). Birlikte, bu bulgular, miRNA'ların, nefrojenez boyunca doğru sayıda nefron oluşumunu sağlamak için nefron progenitörlerinde hayatta kalma ve apoptoz arasındaki dengeyi kontrol ettiğini göstermektedir.

Şekil 2. Metanefrik böbrek gelişiminin aşamalarının şematik gösterimi. Üreter tomurcuğundan gelen sinyaller, üreter tomurcuğu uçları çevresinde nefron progenitörlerinden oluşan bir başlık (başlık mezenkim) oluşturmak için metanefrik mezenşimin yoğunlaşmasını tetikler. Başlık mezenşimi, sırasıyla virgül ve S şeklindeki cisimlere dönüşen böbrek veziküllerini oluşturmak için mezenkimal-epitelyal geçişe uğrar. Bu yapılar, toplama kanalına yol açan üreter tomurcuğu sapına bağlanır. S şeklindeki gövdenin proksimal bölgesindeki hücreler, olgun renal korpüskülün özel epitel hücrelerine (yani podositler ve Bowman kapsül hücreleri) farklılaşırken orta ve distal kısımlardaki hücreler, nefronun tübüler bölümlerine (proksimal tübüller) farklılaşır. , Henle kulpları ve distal tübüller). BioRender.com ile oluşturulmuştur.

Üreter tomurcuğu soyunda Dicer'in koşullu olarak silinmesi, böbrek displazisi ve toplama kanalı kistlerinin gelişimi de dahil olmak üzere CAKUT'a oldukça benzeyen bir dizi anormallik ile sonuçlanır (73, 77, 78). Dallanma morfogenezinin erken sonlandırılması (üreter tomurcuğundaki Wnt11 ve c-Ret ekspresyonunun azalmasına yanıt olarak) muhtemelen böbrek displazisine katkıda bulunan başlıca faktördür (73). Kist oluşumunun başlangıcı E15.5 civarında meydana gelir ve primer silia uzunluğundaki kusurlar, artan apoptotik hücre ölümü ve aşırı hücre proliferasyonu ile ilişkilidir (73). Dicer'ın hücrede miRNA'dan bağımsız önemli rolleri olduğundan, koşullu Dicer-nakavt modellerinde gözlemlenen fenotiplerin gerçekten miRNA kaybının sonucu olduğunu doğrulamak için Dgcr8'in koşullu silinmesi kullanılmıştır. Distal nefronda ve toplama kanalı türevlerinde Dgcr8 silinmesi olan hayvanlarda, üreter tomurcuğu soyundaki Dicer aktivitesinin kaybına benzeyen, CAKUT benzeri bir fenotip olan hidronefroz ve toplama kanalı kistleri (79) gelişir.

İki bağımsız gruptan yapılan çalışmalar, Foxd1+ renal stroma soyundan ve türevlerinden Dicer'in ablasyonunun, hipoplastik böbrekler, azalmış glomerüler sayılar, anormal glomerüler olgunlaşma ve kusurlu vasküler ile ilgili tutarlı bulgularla birlikte bir dizi böbrek anomalisine yol açtığını gösterdi. desenlendirme (80, 81). Her iki grup da benzer fare modellerini kullanarak büyük ölçüde uyumlu fenotipler tanımlasa da, iki farklı fark kaydedildi. Nakagawa ve ark. iç medulla ve papilla eksikliğinin yanı sıra nefrojenik bölgede azalma gözlemlemiştir (80). Buna karşılık, Phua ve ark. nefron progenitör popülasyonunda bir genişleme olduğunu ve renal papillanın korunduğunu göstermiştir (81). Nakagawa ve ark. bu kusurların, stromal hücre miRNA'larının (miR-214, miR-199a{{7) aşağı regülasyonu nedeniyle stromal hücre göçü ve çoğalmasında değişikliklerle sonuçlanan Wnt yolu sinyallemesinin bozulmasıyla ilişkili olduğunu öne sürdü. }}p ve miR-199a-3p (80). Phua ve ark. apoptotik programlardaki değişikliklerin (Bim ve p53 efektör genlerinin artırılmış ekspresyonu dahil) fenotipik kusurlara katkıda bulunduğunu ileri sürmüştür (81). Bu çalışmaların tanımladığı farklılıklardan genetik arka plan farklılıklarının ve/veya Cre-aracılı rekombinasyonun etkinliğinin sorumlu olabileceği düşünülebilir. Bununla birlikte, açıklanan fenotipler böbrek gelişiminde renal stromanın bilinen çok yönlü rolleriyle tutarlıdır ve bu fenotiplerin altında yatan mekanizmalar, Dicer delesyonunun doğası göz önüne alındığında muhtemelen karmaşıktır. Oyundaki düzenleyici mekanizmaları daha iyi tanımlamak için çeşitli stromal alt popülasyonlardaki spesifik miRNA'ları inceleyen daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.

Daha yeni çalışmalar, hem gelişen böbrek hem de nefron progenitörlerindeki spesifik miRNA'ların işlevi sorusunu ele aldı. İnsan embriyonik kök hücre modelini kullanan Bantounas ve ark. miR-199a~214 kümesinin inhibisyonunun, böbrek benzeri organoidlerde dismorfik glomerüller, anormal proksimal tübüller, azalmış WT1 ekspresyonu ve artan interstisyel kılcal damarlarla sonuçlandığını gösterdi (82). İlginç bir şekilde hipoksiye duyarlı miR-210'nin genel olarak silinmesi erkeğe özgü nefron açığıyla sonuçlanır (83). Örneğin, farelerde nefron progenitörlerinde ve bunların türevlerinde miR-17~92 kümesinin koşullu olarak silinmesi, progenitör hücre proliferasyonunu bozar ve gelişen nefronların sayısını azaltır. Sonuç olarak mutant farelerde proteinüri, renal fibrozis ve böbrek fonksiyonunda bozulma gelişir (84). miR-17~92 hedef geni CFTR'nin düzensiz seviyeleri, bu fare modelinde progenitör hücrelerin hatalı çoğalmasında ve nefron donanımının azalmasında rol oynar (85).

Küçük RNA dizilimi (smRNA-Seq), miRNA ekspresyon modellerinin profilini çıkarmak ve yeni miRNA türlerinin keşfi için giderek daha fazla kullanılmaktadır. E15.5 nefrojenik mezenkimal hücrelerin smRNA-Seq'i, tam böbreklerle karşılaştırıldığında bu hücre popülasyonunda diferansiyel olarak eksprese edilen 162 açıklamalı miRNA'yı ve 49 yeni miRNA türünü (86) tanımladı. İlginç bir şekilde, nefron progenitörlerinde miR-200 ailesi miRNA'larının seviyeleri önemli ölçüde azaldı. miR-200 ailesinin üyelerinin toplama kanalındaki mezenkimal-epitelyal geçişin ana düzenleyicileri olduğu göz önüne alındığında (87), böbrek gelişimi sırasında nefron progenitörlerinin normal epitelyal farklılaşmasını sağlamak için ekspresyonlarının sıkı bir şekilde düzenlenebileceğini tahmin ediyoruz.

Olgun nefronda MiRNA işlevi

Böbrek gelişimi sırasındaki gereksinimlerine ek olarak miRNA'lar, olgun nefronu oluşturan ana hücre soylarındaki çok sayıda biyolojik süreci de düzenler (69, 88-91). Buna uygun olarak, glomerulustaki miR-143 ve miR-195a, miR-107 ve miR{{7} dahil olmak üzere nefron boyunca miRNA'ların segmente özgü ifadesi açıklanmıştır. }a proksimal tübülde, miR-193 ve miR-378a kalın çıkan kolda, miR-874 ve miR-155 distal kıvrımlı tübülde ve miR{{ 12}}c toplama kanalında (87). Ayrıca olgun nefronun bölümlerindeki fonksiyonel çalışmalar, miRNA'ların farklı rollerini desteklemektedir.

Podositlerde Dicer veya Drosha bulunmayan fareler, glomerüler filtrasyon bariyerinin bozulmasına ikincil olarak belirgin proteinüri, glomerüloskleroz ve böbrek yetmezliğine doğru hızlı ilerleme sergiler (90-93). In silico analizleri, mutant glomerüllerdeki çeşitli yukarı regüle edilmiş transkriptlerin miR-30 ailesi üyeleri için hedef diziler içerdiğini ortaya çıkardı. Dört miR-30 aile üyesinin tümü (miR-30c-1, miR-30b, miR-30d ve miR-30c{ {9}}) normalde podositlerde yüksek düzeyde eksprese edilir, bu miRNA'lar mutant farelerde podosit anormalliklerinden ve glomerüler filtrasyon bariyerinin bozulmasından sorumlu olabilir (91).

Biraz şaşırtıcı bir şekilde, Dicer'in doğum sonrası memeli proksimal tübüllerinden silinmesi böbrek gelişimini, histolojisini veya fonksiyonunu etkilemez ancak böbrek iskemi/reperfüzyon hasarına karşı koruma sağlar. Mutant fareler, WT yavrularıyla karşılaştırıldığında daha iyi böbrek fonksiyonu, daha az böbrek hasarı, daha düşük tübüler apoptoz ve daha iyi hayatta kalma sergiler (94). Bu muhtemelen proksimal tübülde birden fazla miRNA'nın silinmesinin etkisinin "toplamını" yansıtır; çünkü diğer çalışmalar o zamandan bu yana spesifik miRNA'ların ekspresyonunun renal iskemi/reperfüzyon hasarında koruyucu olduğunu göstermiştir (örneğin, miR-16 ve miR-21; ref. 95, 96); diğerleri ise zararlıdır (örneğin, miR-182; ref. 97).

MiRNA'lar proksimal tübül fonksiyonu için vazgeçilmez gibi görünse de, distal nefronlar ve toplama kanalı homeostazisi için gereklidirler (79, 88, 98). Dicer ve diğer kritik miRNA biyogenezi ile ilişkili genlerin (Dgcr8, Ago1, 2, 3 ve 4 dahil) kanala özgü inaktivasyonunun toplanması, ilerleyici tübülointerstisyel fibrozis ve interstisyel inflamasyon nedeniyle yetişkin farelerde böbrek yetmezliğine neden olur (88). Bunun öncesinde, toplama kanalı hücrelerinin kısmi epitelyal-mezenkimal geçişi (EMT) ve EMT'yi inhibe eden miR-200 aile üyelerinin aşağı regülasyonu gelir (88). Benzer şekilde, sırasıyla distal nefron ve üreter tomurcuğu türevlerinden Dicer veya Dgcr8'in ablasyonu böbrek anormallikleri ve böbrek yetmezliği ile sonuçlanır (78, 98), bunlar da sonuçta miR{17}} aile üyelerinin (98) downregülasyonu ile ilişkilidir. Bu mutant farelerde miR-200 hedef geni Pkd1'in artan ekspresyonu, tübülogenezi bozar ve kist benzeri yapılar üretir (98). Proksimal tübüller ve distal nefron/toplama kanalındaki fonksiyonel miRNA'lara olan gereksinimdeki bu farklılıklar, WT böbreklerinde nefron ve toplama kanalı boyunca miRNA'ların segmental dağılımı ile açıklanabilir (88).

Jukstaglomerüler aparattaki renin salgılayan hücrelerde Dicer'in silinmesi, jukstaglomerüler hücrelerin eksikliğine, dolaşımdaki renin seviyelerinin azalmasına ve bunun sonucunda arteriyel kan basıncında azalmaya, böbrek fonksiyonunda azalmaya, çizgili interstisyel fibroz paternine ve vasküler anormalliklere neden olur (89). Jukstaglomerüler hücrelerdeki azalma, fenotiplerinin korunmasında olgun miRNA'lara ihtiyaç duyulduğunu ortaya koymaktadır. Daha sonra miR-330 ve miR-125b-5p, jukstaglomerüler hücrelerin düz kas fenotipini sırasıyla inhibe eden veya destekleyen potansiyel adaylar olarak tanımlandı (99).

Akut böbrek hasarında (8-10), polikistik böbrek hastalığında (11) ve böbrek naklinde (10) miRNA'lara ilişkin diğer aktif araştırma alanları, diğer yeni incelemelerde kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır.

Pediatrik böbrek hastalıklarında miRNA'lar Bu bölümde, CAKUT ve Wilms tümörleri de dahil olmak üzere gelişimsel böbrek hastalıklarında miRNA'ların rolüne genel bir bakış sunuyoruz. CAKUT, doğumda en sık görülen malformasyon türleri arasındadır ve yaklaşık 1000 canlı doğumdan 3-7'sini etkilemektedir (100). Böbrek ve alt idrar yolu gelişiminin bozulması, CAKUT'ta gözlenen, böbrek anomalileri (yani böbrek agenezisi, böbrek hipoplazisi ve displazisi ve multikistik displastik böbrekler), üreteropelvik anomaliler (yani üreteropelvik bileşke tıkanıklığı), dubleks toplama sistemi ve mesane ve üretra anomalileri (101-103). Bu fenotipik heterojenite muhtemelen böbrek ve alt idrar yolu gelişimini etkileyen genetik, epigenetik ve/veya doğum öncesi çevresel faktörler arasındaki karmaşık etkileşimlerden kaynaklanmaktadır ve bu da CAKUT ile sonuçlanmaktadır (101). CAKUT patogenezine ilişkin mevcut bilgilerimizin çoğu fare modellerinden ve CAKUT'un sendromik formlarından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmalar, PAX2, SALL1, HNF1B, EYA1, GATA3, RET, WNT4, GDNF, SIX1, SIX2 ve diğerleri dahil olmak üzere birçoğunun erken böbrek gelişiminde rol oynadığı çeşitli CAKUT genlerinin tanımlanmasına yol açmıştır (101, 104, 104, 104, 104). 105). Ancak protein kodlayan genlerdeki tek mutasyonlar veya kopya sayısı varyantları CAKUT vakalarının çoğunluğunu (~%80) açıklamamaktadır (101, 106).

Yukarıda belirtildiği gibi, fare modellerinde gelişen böbreğin farklı hücre soylarından olgun miRNA'ların tükenmesi, insan CAKUT'unu taklit eden böbrek anormalliklerine yol açar (73, 74, 78, 79). Ayrıca miR-17~92 kümesini kodlayan MIR17HG'nin germline delesyonları insanlarda tip 2 Feingold sendromuna neden olur (107). MIR17HG mutasyonları olan tip 2 Feingold sendromlu hastalarda böbrek fenotipi tanımlanmamış olmasına rağmen, MYCN mutasyonlarıyla ilişkili Feingold sendromu vakalarında %18 oranında CAKUT insidansı rapor edilmiştir (108, 109). Bu gözlemler birlikte, böbrek gelişimi sırasında ifade edilen miRNA'lardaki mutasyonların insanlarda CAKUT'a neden olabileceğini, özellikle de birçok miRNA'nın fareler ve insanlar arasında yüksek oranda korunduğunu göstermektedir.

Bu hipotezi test etmek için, bir çalışmada 980 aileden sendromik olmayan CAKUT'lu 1248 hasta incelenmiş ve 73 böbrek gelişimsel miRNA geninin 96 kök-döngü bölgesinde mutasyonlar araştırılmıştır (106). Bu kohortta, 16 farklı miRNA genini etkileyen 17 farklı tek nükleotid varyantına sahip 31 birey tanımlandı. Bunlar arasında miRNA'lardaki iki yeni varyantın potansiyel olarak patojenik olduğu bulundu. MIR19B1 (miR-17~92 kümesinin bir üyesi) sağ böbrek agenezisinin varlığıyla ilişkilendirildi ve MIR99A, şiddetli vezikoüreteral reflü ve böbrek pitozu ile ilişkilendirildi. Aday patojenik varyantların şaşırtıcı derecede düşük sayısı kısmen bu çalışmanın sınırlamalarından kaynaklanmaktadır; çünkü analiz yalnızca aday gen yaklaşımına dahil edilen miRNA genlerindeki mutasyonları hesaba katmış ve kopya sayısı varyasyonlarını ve büyük DNA yeniden düzenlemelerini tespit etmemiştir (106). .

Alternatif bir yaklaşımda, çeşitli CAKUT'lu hastalardan alınan üreter segmentleri, mikrodizi yoluyla diferansiyel transkript ekspresyonu, biyoinformatik olarak tahmin edilen miRNA hedeflerinin varlığı ve qPCR yoluyla olgun miRNA'lar açısından analiz edildi (110). Bu çok yönlü yaklaşımı kullanarak, CAKUT'ta potansiyel rollere sahip yedi miRNA tanımlandı ve bunlar arasında, CAKUT hastalarında has-miR-144 önemli ölçüde arttı. Gen ontoloji analizi, öngörülen has-miR-144 hedef genlerinin, tüp gelişimi (22 hedef gen), ürogenital sistem gelişimi (18 hedef gen), böbrek gelişimi (14 hedef gen) dahil olmak üzere CAKUT gelişiminde yer alan biyolojik süreçlere katkıda bulunduğunu gösterdi. ve embriyonik organ gelişimi (18 hedef gen) (110).

CAKUT'ta miRNA'ların patojenik rollerinin altında yatan moleküler mekanizmaları tanımlamak için daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır. Bu tür çalışmalardan elde edilecek bulgular, CAKUT hastalarının bakımının iyileştirilmesi ve KBH'ye ilerlemelerinin önlenmesi, hastalara ve ailelerine uygun genetik danışmanlığın sağlanması ve yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesinde kritik öneme sahip olacaktır.