UMOD og arkitekturen til nyresykdom Ⅱ

GWAS for urinnivåer av uromodulin

Tilgjengeligheten av pålitelige analyser og protokoller for å måle uromodulinnivåer gjorde det mulig å analysere de genetiske faktorene assosiert med dets utskillelse [71]. En første meta-GWAS-tilnærming utført på 10 884 individer av europeisk avstamning fra seks kohorter identifiserte vanlige varianter innenfor promoteren av UMOD som det enkelt genomomfattende signifikante locus assosiert med nivåene av uromodulin i urin [40]. Den øverste UMOD-promotervarianten, rs12917707, ble assosiert på en doseavhengig måte med urinnivåene av uromodulin, og i sterk LD med CKD-variantene [40].

En metaanalyse designet for å øke kraften til å oppdage nye loci ble nylig utført i 29 315 individer av europeiske aner fra 13 kohorter inkludert CoLaus [29]. To genomomfattende signifikante signaler ble identifisert for urinnivåene av uromodulin: et nytt locus over KRT40-genet som koder for keratin-40 (KRT40), et type 1-keratin uttrykt i nyrene, og UMOD-PDILT-lokuset, med to uavhengige sett med enkeltnukleotidpolymorfismer spredt over UMOD og den tilstøtende PDILT. I oppfølgingseksperimenter ble det vist at KRT40 kolokaliseres med uromodulin i TAL-celler, mens knock-down av KRT40-ekspresjon i primære mTAL-celler påvirket uromodulinprosessering og utskillelse, og ga et biologisk motstykke for GWAS-assosiasjonen [29]. Keratiner er mellomfilamenter som danner cytoskjelettet i epitelceller. Som cytoskjelettproteiner er keratiner involvert i å opprettholde den fysiske integriteten, den mekaniske stabiliteten og den intracellulære organiseringen i cellene – for eksempel transport av proteiner til plasmamembranen [8, 28]. At endret ekspresjon av KRT40 påvirker uromodulin (og også ROMK) prosessering i TAL-celler antyder en rolle av spesifikke cytokeratiner på sorteringen av proteiner i nyrenes tubulære celler [29]

KLIKK HER FOR Å FÅ CISTANCHE TIL Å FORBEDRE NYREFUNKSJONEN

Uromodulin som en biomarkør fornyrefunksjonell masse

Siden det utelukkende produseres i tubulære celler, kan uromodulin ha en spesifikk biomarkørverdi fornyrefunksjon. Faktorene assosiert med uromodulin-utskillelse ble analysert i SKIPOGH- og CoLaus-kohortene [50]. I begge studiene ble det funnet positive assosiasjoner mellom uromodulin og natrium-, klorid- og kaliumutskillelse og osmolalitet i urinen. I SKIPOGH var 24-h uromodulin-utskillelse positivt assosiert med nyrelengde og -volum og med kreatinin-utskillelse og urinvolum. Det var negativt assosiert med alder og diabetes. Både punkt-uromodulinkonsentrasjon og 24-h uromodulin-utskillelse var lineært og positivt assosiert (multivariatanalyser) med 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].

Ytterligere analyser i SKIPOGH-kohorten viste at i multippel lineær regresjonsanalyse var 24-h urin-uromodulin-utskillelse assosiert med de samme prediktorene for nefronmasse som identifisert av Denic et al. [9]. Alder, kvinnelig kjønn og urinsyre var negative prediktorer, mens høyde og fødselsvekt var positive prediktorer for utskillelse av 24-h urin uromodulin [45]. Disse dataene underbygger målingen av urin-uromodulinnivåer som en nyttig surrogatmarkør for nefronmasse. Som sådan kan høyere uromodulinnivåer indikere en høyere funksjonell reserve av nyren med lavere risiko for akutt nyreskade (AKI): jo mer uromodulin du har, jo høyere funksjonell reserve har du i tilfelle av postoperativ AKI for eksempel [11 , 53]. Denne situasjonen bør ikke forveksles med resultatene fra GWAS-studiene som indikerer at risikovariantene ved UMOD-lokuset, som driver høyere produksjon av uromodulin reflektert av høyere nivåer i urin og blod, konsekvent er assosiert med økt risiko for CKD.

Mendelsk randomisering for å vurdere årsakssammenhengen til uromodulin og CKD og hypertensjon

Etter GWAS og oppfølgingsundersøkelser som pekte på UMOD-varianter som driver høyere uromodulinekspresjon (og dermed høyere utskillelse i urin) som assosiert med økt risiko for CKD, ble spørsmålet om årsakssammenheng tatt opp. Med andre ord: driver høyere produksjon av uromodulin en høyere risiko for nyreskade?

Siden uromodulin utelukkende produseres av tubulære nyreceller, korrelerer urinnivåer av uromodulin positivt med 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]

Bruken av Mendelsk randomisering (MR) gir en måte å vurdere om produksjonen av uromodulin, reflektert av urinnivåene, er en sann risikofaktor for CKD og om denne potensielle assosiasjonen er relatert til blodtrykk (fig. 4). MR-metoden bruker vanlige genetiske varianter assosiert med eksponeringen (f.eks. gjennom GWAS), for å teste om en gitt risikofaktor forårsaker eller forverrer en sykdom [55]. Nylig ble MR brukt for å klargjøre årsakssammenhengen mellom urinnivåer av uromodulin, nyrefunksjon og blodtrykk hos individer av europeisk avstamning [48]. Sammenhengen mellom urinnivåer av uromodulin og eGFR ble først undersøkt i CoLaus (n=3851 tilgjengelige data). I observasjonsdata er høyere uromodulin i urin assosiert med høyere eGFR. Omvendt, når du bruker UMOD rs12917707 som en instrumentell variabel i en-prøve mendelsk randomisering, var høyere uromodulinnivåer sterkt assosiert med eGFR-nedgang

Fig. 4 Mendelske randomiseringsanalyser støtter assosiasjonen av høyere nivåer av urin uromodulin med lavere nyrefunksjon og høyere blodtrykk. en MR med to prøver for å vurdere de toveis årsakseffektene mellom urin uromodulin (uUMOD) og eGFR og mellom CKD og blodtrykk (BP). Analysene ble utført i meta–GWAS for uUMOD som involverte 10 884 individer; CKD Genetics (CKDGen) konsortiet, en metaanalyse av 121 GWAS inkludert 567 460 individer av europeisk aner; og en kombinert analyse av UK Biobank (UKB) og International Consortium of Blood Pressure (ICBP) GWAS, som utgjorde 757 601 individer. b Multivariabel MR for å vurdere direkte og indirekte effekter av uUMOD på BP gjennom eGFR og av uUMOD på eGFR til BP basert på MR-årsakseffekter mellom eksponering, mediator og utfall i 2-prøve MR-analysene. Analysen antyder at assosiasjonen av uUMOD med høyere BP er delvis gjennom redusert nyrefunksjon, mens BP ikke ser ut til å mediere assosiasjonen av uUMOD med lav nyrefunksjon. Modifisert fra Ponte et al. [48] ​​og Turner og Staplin [66]

Tolkning av MR-studier bør integrere at genetiske varianter kan ha andre effekter utover den studerte biomarkøren - en situasjon som kalles genetisk pleiotropi. Siden uromodulin modulerer natriumtransport og påvirker saltfølsomheten [47], underbygget vår MR-analyse den genetiske assosiasjonen mellom hovedvarianten UMOD og blodtrykk, i tillegg til CKD og eGFR [48]. Vi brukte derfor to-prøver Mendelsk randomisering på fire GWAS-konsortier for å utforske årsakssammenhenger mellom urin-uromodulinnivåer og eGFR, CKD-risiko (567 460 individer) og blodtrykk (757 461 individer). Høyere uro-modulinnivåer er signifikant assosiert med lavere eGFR, høyere odds for eGFR-nedgang eller CKD, og ​​høyere systolisk eller diastolisk blodtrykk. Selv om årsakseffektene av urin-uromodulinnivåer på risikoen for CKD er uavhengige av blodtrykket, er effekten på blodtrykket mediert av eGFR [48]. Disse dataene støtter at genetisk drevne nivåer av uromodulin har en direkte, kausal og negativ effekt på nyrefunksjonen i den generelle befolkningen, ikke mediert av blodtrykk (fig. 4). De gir en sterk begrunnelse for å undersøke mekanismen som forhøyet urin uromodulin kan bidra til CKD og om en passende modulator av uromodulin produksjon/sekresjon kan identifiseres [48, 66].

UMOD-lokuset og tilpasning mot uropatogener

Som diskutert ovenfor, øker UMOD-variantene assosiert med risiko for hypertensjon og CKD i den generelle befolkningen ekspresjonen og urinutskillelsen av uromodulin [11, 13, 53]. Likevel indikerte populasjonsgenetiske undersøkelser at T-allelen til den øverste UMOD GWAS-varianten, rs4293393, assosiert med CKD-risiko, er det forfedres allelet og holdes ved høy frekvens i de fleste moderne populasjoner [22, 65]. Faktisk følger ikke fordelingen av UMOD forfedreallelen den forfedres mottakelighetsmodell observert for varianter assosiert med saltsensitiv hypertensjon, dvs. at en høyere forekomst av saltholdende alleler i Afri kan sammenlignes med ikke-afrikanske populasjoner, noe som gjenspeiler rensing. utvalg utenfor Afrika [52]. I stedet viste risikovarianten en signifikant korrelasjon med patogendiversitet (bakterier, helminths) og forekomsten av antibiotikaresistente UVI. En omvendt korrelasjon mellom urinnivåer av uromodulin og markører for UVI ble påvist i CoLaus [22]. En prospektiv kohortstudie av eldre personer som bor i lokalsamfunnet fant at de med urinkonsentrasjoner av uromodulin i den høyeste kvartilen hadde lavere risiko for UVI-hendelser enn de i den laveste kvartilen, uavhengig av klassiske UVI-risikofaktorer [19].

Uromodulin er kjent for å vise antimikrobielle egenskaper i urin, og Umod-knockout-mus er mer utsatt for UTI-er indusert av type-1 fimbriert E. coli (FimH-adhesin) enn deres villtype-kullkamerater [2, 35]. UVI er blant de vanligste bakterielle infeksjonene, med høy forekomst og risiko for tilbakefall hos unge kvinner og potensielle komplikasjoner som kan redusere kondisjon. Patogener og infeksjonssykdommer har påført et sterkt selektivt press gjennom menneskets historie [18]. Dermed kan den forfedres UMOD-allelen, som driver høyere urinutskillelse av uromodulin, ha blitt holdt ved en høy frekvens på grunn av dens beskyttende effekt mot UVI [22]. Denne hypotesen støttes av strukturelle og biokjemiske studier som viser at N-glykaner med høy mann i nesen ved rest Asn275 i det cysteinrike D8C-domenet til uromodulin er kritiske for FimH-binding og dermed forebygging av kolonisering av blæreepitel av UPEC. Kapasiteten til uromodulin til å binde og aggregere bakterier forhindres ved fjerning av N-glykanet med høyt mannosenivå eller ved konkurranseeffekten av et overskudd av d-mannose [68]. Merk at uromodulin også var i stand til å aggregere andre bakterier involvert i humane UVI, inkludert Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa og Streptococcus mitis [68]. Disse dataene demonstrerte rollen til uromodulin i forsvar mot UVI gjennom kapasiteten til å aggregere uropatogener og forhindre deres adhesjon til urotelet.

Sjeldne mutasjoner i UMOD forårsaker autosomal dominant tubulointerstitiell nyresykdom

I tillegg til vanlige genetiske varianter forbundet med risiko forCKDog hypertensjon i GWAS, dominant arvelige mutasjoner i UMOD forårsaker en sjelden form fornyrelidelsefører tilnyresvikt.

Autosomal dominant tubulointerstitiell nyresykdom (ADTKD, MIM #16 200) er en stadig mer anerkjent årsak til sluttstadium nyresykdom, karakterisert ved tubulær skade og interstitiell fibrose i nyrene i fravær av glomerulære lesjoner. Berørte individer har urinkonsentrasjonsdefekter, progressiv kronisk nyresykdom (CKD), normal til mild proteinuri og normalstore nyrer, ofte med en positiv familiehistorie [12, 14]. En relativt spesifikk følelse er hyperurikemi på grunn av lav fraksjonert utskillelse av urinsyre, som forårsaker gikt, vanligvis før debut av CKD [41]. Sykdommen utvikler seg alltid tilnyresykdom i sluttstadiet(ESKD) i voksen alder, med en penetrans på 100 %. Sjelden (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 nyresvikt, som representerer en av de vanligste monogene nyresykdommene [21, 24].

Den patogene mekanismen til ADTKD-UMOD skyldes toksisk akkumulering av mutant uromodulin i TAL-celler, med ER-ekspansjon og en parallell reduksjon i urinnivåene til proteinet [12]. Studier av musemodeller som bærer uromodulin-mutasjoner bekrefter at intracellulær akkumulering av mutant uromodulin fører til ER-stress, induksjon av den utfoldede proteinresponsen og påfølgende tubulær skade og interstitiell fibrose - som underbygger gevinsten av toksisk funksjonsmekanisme i ADTKD-UMOD [53]. Denne mekanismen antyder at å redusere produksjonen av mutantproteinet, for eksempel ved å bruke antisense-oligonukleotider, kan være en strategi for å bremse sykdomsforløpet. Denyrespesifikt uttrykkav UMOD, og ​​den milde fenotypen i Umod knockout-mus støtter den potensielle verdien av en slik tilnærming [12].

UMOD er ​​dermed implisert i begge ytterpunktene av det genetiske sykdomsspekteret: ultrasjeldne varianter med stor effektstørrelse (ADTKD-UMOD) og vanlige GWAS-varianter assosiert med redusert eGFR og risiko for CKD i den generelle befolkningen. Derfor er forstyrrelser som involverer uromodulinproduksjon og/eller utskillelse av utbredt relevans.

Konklusjoner og perspektiver

Tretti år etter identifiseringen av det første genet involvert iarvelig nyresykdom, har bruken av stadig mer effektive og rimelige genetiske verktøy tillatt å øke diagnoseeffektiviteten for sjeldnenyrelidelser, for å klargjøre genetisk heterogenitet og sykdomsontologi, og for å oppdage modifiserende gener involvert i intrafamiliær variabilitet [10, 60, 67, 69]. Bruken av helgenom, SNP-genotyping og fenotypedata har også bidratt til å belyse rollen til kompleks genetisk variasjon i den manglende arvbarheten observert for CKD og nyrerelaterte egenskaper. For eksempel viste en fersk studie påvirkningen av variable nukleotid-tandem-repetisjoner (VNTRs) i MUC1 med flere nyrefenotyper [38].

Å oppdage nye gener vil drive multi-level studier som underbygger cellulære mekanismer og mulige medikamentmål. Disse analysene bør ytterligere dechiffrere kontinuumet av genetiskrisiko for nyresykdom, med gener involvert fra sjeldne mendelske lidelser til vanlige variasjoner i den generelle befolkningen. Eksempler inkluderer gener involvert i NaCl-håndtering på nyretubulinivå (f.eks. SLC12A3, KCNJ1, SLC12A1, UMOD), også relevante for blodtrykksregulering i befolkningen; gener involvert i reseptormediert endocytose i den proksimale tubuli (f.eks. LRP2, CUBN, DAB2), vist av GWAS å påvirke nyrefunksjonen og risikoen for CKD; gener involvert i sjeldne forstyrrelser av Ca2+ og Mg2+-håndtering (f.eks. CASR, TRPM6, CLDN14, CNNM2), også assosiert med mineralhomeostase og metabolske egenskaper i den generelle befolkningen [67]. Mekanismene som opprettholder effekten av sjeldne og vanlige varianter i disse genene eller i tilleggsgener identifisert av GWAS vil gi innsikt i ulike aspekter av nyrefunksjonen.

Analyse av store genomiske datasett tyder på at genetiske varianter med middels effektstørrelser må bygge bro mellom sjeldne, høyeffektvarianter som forårsaker Mendelske lidelser og hyppige laveffektvarianter involvert i komplekse sykdommer (fig. 1). Disse variantene med middels effekt kan føre til enten ikke-helt penetrerende Mendelsk sykdom eller til en oligo/polygen modell som modifiserer sykdomsekspressivitet [30]. Slike varianter med middels effekt kan også være en del av det genetiske kontinuumet som ligger til grunn for CKD, basert på mangelen på sjeldne, patogene varianter hos de fleste CKD-pasienter [24] og den manglende arveligheten i GWAS [70]. Nylig identifiserte og karakteriserte vi mellomeffektvarianter i UMOD som bidrar til CKD ved å krysse generelle populasjonsdatasett med kurerte varianter rapportert i ADTKD; analysere biologiske og fenotypiske effektstørrelser ved bruk av silico-modellering, cellesystemer, databaser og biobanker; og validering av virkningen på nyresvikt i 100,{11}} Genomes Project og UK Biobank [43].

Innhenting av genetisk informasjon hos pasienter med sjeldnenyresykdommerunderbygger allerede presisjonsmedisin og vil trolig øke raskt [10, 17, 36]. Med større GWAS og avanserte statistiske metoder vil polygenisk risikoskår (PRS) utvikles, med perspektivet om tidlig identifisering av individer med risiko for å utvikle komplekse nyresykdommer, før eGFR-nedgang har manifestert seg – noe som gir mulighet for tidlig intervensjon [27, 70 , 72].

Referanser

1. Barker DF, Hostikka SL, Zhou J et al (1990) Identifikasjon av mutasjoner i COL4A5 kollagen genet i Alport syndrom. Science 248:1224–1227

2. Bates JM, Raf HM, Prasadan K et al (2004) Tamm-Horsfall protein knockout mus er mer utsatt for urinveisinfeksjon. Nyre Int 65:791–797

3. Böger CA, Gorski M, McMahon GM et al (2017) NFAT5 og SLC4A10 loci assosieres med plasma osmolalitet. J Am Soc Nephrol 28:2311–2321

4. Brunati M, Perucca S, Han L et al (2015) Serinproteasen pepsin medierer urinsekresjon og polymerisering av Zona

5. Pellucida domeneprotein uromodulin. Elife 4:e08887 Buf R, Korstanje R. (2022) Effekten av genetisk bakgrunn på musemodeller av nyresykdom. Kidney Int (under trykk)

6. Corre T, Arjona FJ, Hayward C et al (2018) Genomomfattende metaanalyse avdekker interaksjoner mellom magnesiumhomeostase og metabolske fenotyper. J Am Soc Nephrol 29:335–348

7. Corre T, Olinger E, Harris SE et al (2017) Vanlige varianter i CLDN14 er assosiert med differensiell utskillelse av magnesium over kalsium i urinen. Pfugers Arch 469:91–103

8. Davezac N, Tondelier D, Lipecka J et al (2004) Global proteomisk tilnærming avslører involvering av keratin 8 og 18 i levering av cystisk fibrose transmembran konduktansregulator (CFTR)/deltaF508-CFTR til plasmamembranen. Proteomics 4:3833–3844

9. Denic A, Mathew J, Lerman LO et al (2017) Single-Nephron glomerulær filtrasjonshastighet hos friske voksne. N Engl J Med 376:2349–2357

10. Devuyst O, Knoers NV, Remuzzi G, Schaefer F (2014) Sjeldne arvelige nyresykdommer: utfordringer, muligheter og perspektiver. Lancet 383:1844–1859

Støttetjeneste:

E-post:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tlf:+86 15292862950

Butikk:

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