Emahaigused ja epigeneetiline regulatsioon neerude arengus

lisateabe saamiseks:ali.ma@wecistanche.com

Ⅱ OSA: Keskkonnatingimuste mõju nefronite arvule: emade haiguste modelleerimine ja epigeneetiline regulatsioon neerude arengus

Lars Fuhrmann, Saskia Lindner, Alexander-Thomas Hauser, Clemens Höse jt.

Abstraktne

Üha rohkem tõendeid viitab sellele, et väike nefronite arv sünnihetkel võib suurendada kroonilise neeruhaiguse või hüpertensiooni riski hilisemas elus. Keskkonnastressorid, nagu ema alatoitumine, ravimid ja suitsetamine, võivad mõjutada neerude suurust sündimisel. Kasutades metanefrilisi elundikultuure ühe muutuja keskkonnatingimuste modelleerimiseks, hinnati emade haiguste mudeleid arenguhäirete mustrite suhtes. Kuigi hüpertermia mõju neerude arengule oli piiratud, seostati loote rauapuudust neerude kasvu ja nefrogeneesi tõsise kahjustusega, millel oli kõik proksimaalne fenotüüp. Neerueksplantaatide kasvatamine kõrge glükoosisisaldusega tingimustes põhjustas rakulisi ja transkriptoomilisi muutusi, mis meenutasid inimese diabeetilist nefropaatiat. Lühiajalised kõrge glükoosisisaldusega kultiveerimistingimused olid piisavad pikaajaliste muutuste jaoks DNA metüülimisega seotud epigeneetilises mälus. Lõpuks testiti epigeneetiliste modifikaatorite rolli neerude arengus väikese ühendi raamatukogu abil. Valitud epigeneetiliste inhibiitorite hulgas avaldasid neerukasvule mõju mitmesugused ühendid, nagu HDAC (entinostaat, TH39), histooni demetülaasi (deferasiroks, deferoksamiin) ja histooni metüültransferaasi (tsüproheptadiin) inhibiitorid. Seega pakuvad metanefrilised elundikultuurid väärtuslikku süsteemi metaboolsete tingimuste uurimiseks ja vahendit neerude arengu epigeneetiliste modifikaatorite skriinimiseks.

Neerufunktsiooni vaatamiseks klõpsake urdu keeles Cistanche

OSAKS KLIKI SIIA Ⅰ

3. Arutelu

Neerude areng toimub peamiselt emakas ja seda mõjutavad metaboolsed ja keskkonnamõjud. Nefronite arv määratakse sünnihetkel ja üha rohkem tõendeid viitab sellele, et madal nefronite arv on hilisemas elus hüpertensiooni ja kroonilise neeruhaiguse tekke riskitegur [2-4,60]. Paljud nefronite arvu ja toimemehhanisme mõjutavad tegurid on aga siiani teadmata. Siin kasutati ema metaboolsete tingimuste modelleerimiseks ja epigeneetiliste inhibiitorite skriinimiseks Transwelli insertidel kasvatatud topeltfluorestseeruvate reporterhiirte embrüonaalseid neere.

Kuigi paljud uuringud hõlmavad praegu inimese iPS-rakke kasutavaid neeruorganoide [61], on neerukultuurid väärtuslik vahend metaboolsete tingimuste või inhibeerivate ainete poolt vahendatud fenotüüpide üksikasjalikuks analüüsiks. Kuigi eellasrakukultuurid ja neeruorganoidid on alternatiivid, millel on märkimisväärne potentsiaal teratogeensuse uurimisel, kehtivad nende suhtes piirangud, nagu suur varieeruvus diferentseerumises ja kasvus ning tavapärase elundistruktuuri puudumine. See muudab metanefrilise elundikultuuri väärtuslikuks alternatiiviks tingimuste uurimiseks, mis poleks in vivo teostatavad.

Seega on hüpertermia ja rauapuudus kaks näidet keskkonnatingimuste uurimisest, millel on erinevad tulemused neerude kasvu ja nefronite arvu osas. Kuigi andmeid hüpertermia mõju kohta neerukasvule on vähe, on ex vivo rauapiirangu mõju kooskõlas varasemate teadetega emade rauapuuduse kohta rottidel [23.24], ehkki mudel on piiratud emakasisese seisundi täpse replikatsiooniga. kontsentratsioon ja raua kineetika. Meie tulemused on samuti näidanud, et mitootiline aktiivsus väheneb rauasisaldusega piiratud seisundis. Raud mängib olulist rolli paljudes rakuprotsessides, näiteks rakutsüklis [62]. Meie morfoloogiline analüüs näitas täielikult proksimaalset nefroni diferentseerumise fenotüüpi, mis võib olla pärsitud kanoonilise Wnt signaalimise tulemusena. Wnt signaaliülekandega seotud geenide laialdast allareguleerimist on varem teatatud emade rauapuudusega kokkupuutuvate rottide järglaste mikrokiibi analüüsis [63]. Mehhaaniliselt on rakusisene raua kahanemine kelaativate ainete poolt esile kutsunud -kateniini, mis on kanoonilise Wnt-raja peamine allavoolu efektorvalk vähis ja neuraalsetes eellasrakkudes, proteasomaalset lagunemist [64,65].

Teise metaboolse seisundina põhjustas kõrge glükoosiga kokkupuute modelleerimine sarnaseid toimeid in vivo streptozototsiinist põhjustatud ema diabeediga[10,26,27,66-71]. Kuigi meie mudel ei suutnud reprodutseerida 30 mM glükoositingimuste mõju, tõenäoliselt varem teatatud hiire tausta mõju tõttu [28, 72], põhjustasid 55 mM glükoositingimused kasvu vähenemise ja nefronite arvu vähenemise. Glomerulites olid histoloogiliselt ja ultrastruktuuriliselt nähtavad väljendunud muutused, kusjuures glomerulaarse alusmaatriksi laienemine meenutas inimese diabeetilist nefropaatiat. Sarnasused hiire loote ja inimese täiskasvanud neeruvastuse vahel kõrgele glükoosile koos selge ECM-i laienemise ja peamiste podotsüütide geenide allareguleerimisega olid silmatorkavad ja paljastasid palju teadaolevaid diabeediga seotud geene, mis viitavad sarnaste mehhanismide kasutamisele podotsüütides ja tuubulites. Seni pole aga teada, kas samad aluseks olevad rajad põhjustavad diabeetilise nefropaatia diferentseerumist ja diferentseerumise vähenemist loote diferentseerumise ajal. Huvitaval kombel on näidatud, et diabeetilise keskkonna mitteglükoosilised muutused, nagu hüperketoneemia, vahendavad ka teratogeneesi, kuid neid ei korratud neerukultuuri mudelis [73, 74]. Hüperglükeemia pikaajalised mõjud olid ka meie mudelis reprodutseeritavad, näidates pidevat kasvupeetust pärast glükeemia normaliseerumist sarnaselt eelmiste aruannetega [10]. Lisaks näitas DNA metüülimise analüüs pikaajalist DNA hüpometüleerimist korduvates piirkondades ja hüpermetüleerimist Ppargcla lookuses pärast madala glükoosisisaldusega söötmele pöördumist, mis näitab metaboolse mälu moodustumist pärast metaboolse stressi perioodi [30]. Samuti on varem näidatud, et paljud erinevalt reguleeritud geenid on diabeedi korral epigeneetiliselt reguleeritud. Näiteks ülesreguleeritud geen MEST on emalt jäljendatud ja hüpometüleeritud rasedusdiabeedi korral [75]. S100A4 on rasvunud laste insuliiniresistentsuse diferentseeritud metüülitud marker [76]. Allareguleeritud geenidest on ESM1 ja RASGRP3 näited rasedusdiabeedi korral erinevalt metüleeritud geenidest [77, 78], mis näitavad diabeedi ja epigeneetilise regulatsiooni vaheliste seoste suurenemist. Seega tõstab meie süsteem olulise regulatiivse mehhanismina esile epigeneetilise modifikatsiooni või loote programmeerimise.

Teadaolevalt osalevad mitmed epigeneetilised regulatoorsed ensüümid nii neerude morfogeneesis kui ka transkriptsioonilises regulatsioonis täiskasvanud elundite funktsioonide ja haiguste korral [30, 40, 79-81]. Kasutades sõelumisvahendina neerukultuure, otsisime täiendavaid epigeneetilisi modifikaatoreid, mis mängivad rolli neerude arengus ja nefroni morfogeneesis. Entinostaat (MS-275) vähendas neerude suurust, mis on kooskõlas eelnevalt teatatud HDAC1 ja HDAC2 geneetilise deletsiooniga kas nefroni eellasrakkudes või kusejuha pungarakkudes [44,82,83]. Kuigi HDAC8 inhibeerimine TH39 poolt kutsus esile ka eksplantaadi kasvu tõsise vähenemise ja diferentseerumise puudumise, ei näidanud väga spetsiifiline HDAC8 inhibiitor PCI{12}}efekti, osutades seega TH39 (nt teiste HDAC-de) sihtmärgist kõrvalekalletele. Rauapuuduse tingimustes kultiveeritud neerude fenotüübiga deferasiroksil ja deferoksamiinil, mis on avaldatud rauast sõltuvate JumonjiC-domeeni sisaldavate histooni demetülaaside [50] inhibiitorid, võivad raua kelaatimise tõttu ilmneda sihtmärgist kõrvalekalduvad toimed. Kuigi tsüproheptadiinil, histamiini antagonistil ja avaldatud Set7/9 histooni metüültransferaasi inhibiitoril, oli ainulaadne fenotüüp, mis viis eellasrakkude populatsiooni difusiooni, osutasid täiendavad tulemused sihtmärgist kõrvalekalduvatele mõjudele, mis hõlmavad Wnt signaalirada [48]. Kokkuvõttes näitab see FDA poolt heaks kiidetud inhibiitorite raamatukogu potentsiaali epigeneetiliste modulaatorite kiireks ja tõhusaks sõelumiseks. Piiratud kasutusaja tõttu võisid selle seadistuse puhul kasutamata jääda inhibiitorid, mis nõuavad mõju avaldamiseks pikaajalist kokkupuudet. Seega ei avaldanud asatsütidiin mõju, hoolimata avaldatud Dnmt1 knockouti fenotüübist [30].

Kuigi neerukultuuri süsteem pakub tugevat neerude arengut, piiravad mitmed aspektid selle reduktsionistliku mudeli tulemuste uurimist või tõlgendamist. Esiteks on uuringud näidanud erinevusi hiire ja inimese arengus ning geeniekspressioonis, mis piirab hiiremudeli kasutamist. Järgmiseks ei pruugi ajapiirangud selles süsteemis võimaldada kõigil keerukatel protsessidel areneda. See võib olla tingitud mõningatest keskkonnatingimustest ja epigeneetilistest inhibiitoritest, mis selles uuringus ei mõjuta neerude arengut. Lisaks on mõnel inhibiitoril mittespetsiifiline toime, mis võib kaasa aidata teiste radade inhibeerimisele, näiteks tsüproheptadiini puhul, mis näib avalduvat GSK3-beeta aktiveerimise kaudu või raua kelaatimise korral deferasiroks/deferoksamiin. Lisaks sellele kontseptsiooni tõestamise uuringule võiks epigeneetiliste inhibiitorite sõeluuringut laiendada rohkematele (spetsiifiliste) inhibiitoritele; pikenenud ajaperioodid; täiendavad uuringukriteeriumid, nagu nefronite arv ja kusejuhade hargnemine; ning transkriptoomilised ja epigeneetilised uuringud.

Kokkuvõtteks võib öelda, et neerukultuurid võimaldavad iseloomustada mitmeid emade haigusmudeleid, nagu hüpertermia, rauapuudus ja ema diabeet, ning sõeluda farmakoloogilisi ühendeid, pakkudes hästi sobivat platvormi areneva arengu keskkonnamõjude vaheliste läbirääkimiste uurimiseks. neer ja selle epigeneetiline programmeerimine.

Viited

1. Barker, DJ Täiskasvanute haiguste loote ja imikute päritolu. BMJ 1990, 301, 1111. [CrossRef]

2. Wang, X.; Garrett, MR Nephron number, hüpertensioon ja krooniline neeruhaigus: füsioloogiline ja geneetiline ülevaade inimestest ja loommudelitest. Füüsika/muld. Genom.2017,49, 180-192. [CrossRef] [PubMed]

3. Hughson, MDDouglas-Denton, R.; Bertram, JF; Hoy, WE Hüpertensioon, glomerulaararv ja sünnikaal afroameeriklastel ja valgenahalistel Ameerika Ühendriikide kaguosas. Kidney Int. 2006. 69, 671-678. [CrossRefl [PubMedl

4. Keller, G.; Zimmer, G.; Mall, G.; Ritz, E.; Amann, K. Nefronite arv primaarse hüpertensiooniga patsientidel.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. Kerge A-vitamiini puudus põhjustab rottidel kaasasündinud nefronipuudulikkust. Kidney Int.1998, 54, 1455-1462. [CrossRef] [PubMed]

6. Langley-Evans, SC; Welham, SJ; Jackson, AA Loote kokkupuude ema madala valgusisaldusega dieediga kahjustab nefrogeneesi ja soodustab rottidel hüpertensiooni. Life Sci.1999, 64, 965-974. [CrossRef]

7. Singh, RR; Moritz, KM; Bertram, JF; Cullen-McEwen, LA Deksametasooniga kokkupuute mõju roti metanefria arengule: in vitro ja in vivo uuringud. Am.J. Füsioloogilised.Neerud. Physiol.2007, 293, F548-F554. [CrossRef]

8. Kain IE: Di Giovanni, V; Smeeton, J; Rosenblum, ND Neeru hüpoplaasia geneetika: ülevaated nefroni annetamist kontrollivatest mehhanismidest. Pediatr. Res.2010, 68, 91-98. [CrossRefl

9. Lewis. RM: Forhead, AJ: Petry, CL: Ozanne.SE: Hales. C, N, vererõhu pikaajaline programmeerimine emade toitumispiirangute järgi rottidel. Br. J. Nutr. 2002, 88, 283-290. [CrossRef]

10. Hokke, SN; Armitage, JA; Puelles, VG; Lühike, KM; Jones, L.; Smyth, IM.; Bertram, JF; Cullen-McEwen, LA Muutunud kusejuhade hargnemise morfogenees ja nefronite omandamine diabeetilise ja insuliiniga ravitud raseduse järglastel. PLoS ONE 2013, 8, e58243.

11. Hughson, M; Farris, AB, 3.; Douglas-Denton, R.; Hov, MEIE; Bertram, JF Glomerulaarne arv ja suurus lahkamise neerudes: seos sünnikaaluga. Kidney Int.2003, 63,2113-2122. [CrossRef] [PubMed]

12. Bianchi, G.; Fox, U.; Di Francesco, GF; Giovanetti, AM; Pagetti, D. Vererõhu muutused, mis on põhjustatud neerude ristsiirdamisest spontaanselt hüpertensiivsete rottide ja normotensiivsete rottide vahel. Clin. Sci. Mol. Med. 1974, 47, 435-448. [CrossRef] [PubMed]

13. Trowell, OAA modifitseeritud tehnika in vitro elundikultuuri jaoks. Exp. Cell Res. 1954, 6, 246-248. [CrossRefl

14. Saxen, L.; Lehtonen, E. Embrüonaalne neer elundikultuuris. Diferentseerimine 1987, 36,2-11. [CrossRef]

15. Andersen, AM; Vastrup, P.; Wohlfahrt, J.; Andersen, PK; Olsen, J.; Melbye, M. Palavik raseduse ajal ja loote surma oht: kohortuuring. Lancet 2002, 360, 1552-1556. [CrossRef]

16. Edwards, MJ. Hüpertermia kui teratogeen: eksperimentaalsete uuringute ja nende kliinilise tähtsuse ülevaade. Toronto. Kartsinog. Mutageen. 1986, 6, 563-582. [CrossRef] [PubMed]

17. Dreier, JW; Andersen, AM; Berg-Beckhoff, G. Süstemaatiline ülevaade ja metaanalüüsid: palavik raseduse ajal ja järglaste tervisemõjud. Pediatrics 2014, 133, e674-e688. [CrossRef]

18. Waller, DK; Hashmi, SS; Hoyt, AT; Duong, HT: Tinker, SC; Gallaway, MS; Olney, RS; Finnell, RH; Hecht, JT; Canfield, MA; et al. Ema aruanne külmetusest või gripist tingitud palaviku kohta raseduse alguses ja mittekardiaalsete sünnidefektide riski kohta, National Birth Defects Prevention Study, 1997-2011.Birth Defects Res.2018, 110,342-351. [CrossRef]

19. Abe, K; Honein, MA; Moore, CAEma palavikuga seotud haigused, ravimite kasutamine ja kaasasündinud neeruanomaaliate oht. Sünnidefektid Res.A Clin. Mol.Teratol.2003, 67, 911-918. [CrossRef]