Kontakt:jerry.he@wecistanche.com

Hongbing Liu1

Otrzymano: 17 listopada 2019 r. / Przyjęto do druku: 10 listopada 2020 r. / Opublikowano online: 4 stycznia 2021 r.

©Autorzy 2020

Cistanche może poprawić czynność nerek

Abstrakcyjny

Deacetylazy histonowe (HDAC) są ważnymi regulatorami epigenetycznymi, które pośredniczą w deacetylacji białek zarówno histonowych, jak i niehistonowych. HDAC, zwłaszcza HDAC klasy I, są silnie wyrażane w rozwojunerkii podlega kontroli rozwoju. HDAC odgrywają ważną rolę w:nerkatworzenie, zwłaszcza utrzymanie i różnicowanie progenitorów nefronu. Kilka linii dowodów potwierdza kluczową rolę HDAC w rozwoju i progresji różnychnerkachoroby. Inhibitory HDAC (HDACis) są bardzo skuteczne w profilaktyce i leczeniu chorób nerek (m.in.:nerkanowotwór). Lepsze zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw roli (roli) HDAC w patogenezie i progresji choroby nerek prawdopodobnie będzie bardzo pomocne w opracowaniu skuteczniejszych i mniej toksycznych selektywnych inhibitorów HDAC i terapii kombinatorycznych.

Słowa kluczowe: Deacetylazy histonów · Inhibitory deacetylazy histonów · Choroba nerek · Rak nerki

Wstęp

Epigenetyka odnosi się do badania dziedzicznych zmian w ekspresji i regulacji genów niezależnie od sekwencji DNA. Ostatnie lata były świadkiem rosnącej świadomości krytycznej roli mechanizmów epigenetycznych w zdrowiu i chorobie [1]. Podczas rozwoju w chromatynie wprowadzane są modyfikacje epigenetyczne, takie jak metylacja DNA, acetylacja histonów i metylacja histonów, aby określić programowanie genomu w konkretnej komórce poprzez zmianę struktury chromatyny, a tym samym dostęp DNA do maszynerii transkrypcyjnej. Zakłócenia tych modyfikacji epigenetycznych wynikające z ekspozycji środowiskowych (np. dieta, toksyny, leki, infekcje wirusowe) mogą prowadzić do rozregulowania funkcji genów bez zmiany samej sekwencji DNA [1–3]. Ponieważ nieprawidłowości epigenetyczne zależą od wzajemnego oddziaływania genów i środowiska, często są one zmienne fenotypowo, co dobrze pasuje do szerokiego spektrum fenotypowego anomalii wrodzonychnerkadróg moczowych (CAKUT) i innej choroby nerek [4–9]. W związku z tym,

* Hongbing Liu

hliu8@tulane.edu

Department of Pediatrics and The Tulane Hypertension and Nenal Center of Excellence, Tulane University School of Medicine, SL-37, 1430 Tulane Avenue, Nowy Orlean,

LA 70112, USA

Zrozumienie epigenetycznych podstaw rozwoju nerek może dostarczyć nowych informacji na temat patologicznych mechanizmów nerek i, miejmy nadzieję, otworzyć nowe możliwości leczenia lub profilaktyki CAKUT za pomocą środków farmaceutycznych ukierunkowanych na modyfikatory epigenetyczne. Takie leki epigenetyczne są już stosowane klinicznie lub badane w leczeniu raka, a także innych chorób [10].

Acetylacja histonów prowadzi do kowalencyjnego dodania grupy acetylowej do lizyny. Takie dodanie powoduje lokalnie otwartą chromatynę, znak aktywnej transkrypcji, poprzez neutralizację dodatniego ładunku netto ogona histonowego i zmniejszenie jego wiązania z ujemnie naładowanym DNA. W przeciwieństwie do tego, deacetylowane histony silnie oddziałują z DNA i powodują lokalnie zamkniętą chromatynę, znak nieaktywnej transkrypcji. Różnicowa acetylacja histonów promotorowych i wzmacniających odgrywa bardzo ważną rolę regulacyjną w procesach rozwojowych, proliferacji i różnicowaniu komórek. Nieprawidłowa acetylacja lub deacetylacja prowadzi do różnych zaburzeń, takich jak białaczka, nowotwory nabłonka, zespół łamliwego chromosomu X czy zespół Rubinsteina-Taybiego [11]. Deacetylazy histonowe (HDAC) to duża rodzina ewolucyjnie konserwowanych enzymów, które katalizują usuwanie grup acetylowych z ogonków histonów. Działaniu HDAC przeciwdziałają acetylotransferazy histonów (HAT), które acetylują ogony histonów. Do tej pory zidentyfikowano 18 HDAC ssaków. Zgodnie z analizą filogenetyczną i ich funkcjami, HDAC dzielą się na cztery klasy: klasa 1 (Hdac1-3 i 8), klasa II (Hdac4-7,9–10), klasa III (Sir2/ Sirt 1–7) oraz klasa IV (Hdac11). Klasy I, II i IV wymagają cynku do ich aktywności katalizującej, podczas gdy członkowie klasy III polegają na aktywności NAD. Wśród nich, HDAC klasy I zostały szeroko zbadane i scharakteryzowane. Biorąc pod uwagę, że acetylacja histonów jest powszechnie powiązana z aktywną transkrypcją, HDAC były pierwotnie uważane za ogólne korepresory transkrypcji. Jednak później stało się jasne, że HDAC regulują ekspresję genów w wysoce selektywny sposób i wykazują zarówno działanie represyjne, jak i aktywujące [12]. Ze względu na brak wewnętrznej aktywności wiążącej DNA, HDAC nie mogą działać samodzielnie, pełniąc swoje funkcje w różnych podstawowych procesach biologicznych [12].

Stało się jasne, że HDAC mogą działać na wielu podłożach oprócz histonów. Trudno jest określić specyficzność podłoża histonowego różnych HDAC. Głównym powodem jest to, że wiele oczyszczonych HDAC ma bardzo niską aktywność deacetylacji i funkcjonalną redundancję różnych HDAC [13]. Utrata lub knockdown jednego członka HDAC może nie wystarczyć do zmiany ogólnej acetylacji histonów. Ponadto HDAC są rekrutowane do docelowych genów poprzez połączenie z kompleksami transkrypcyjnymi (np. kompleks Sin3, kompleks NuRD i kompleks Co-REST) ​​[14]. Tak więc specyficzność HDAC w regulacji genów zależy od białek partnerskich, które wiążą w różnych typach komórek. Chociaż trzech członków HDAC klasy I (HDAC1, HDAC2 i HDAC3) ogólnie ma podobne cechy sekwencji, niektóre badania wykazały, że HDAC3 (i być może wszystkie HDAC klasy I) ma odrębną specyficzność substratową [15, 16]. Bardzo prawdopodobne, że każdy HDAC ma swój specyficzny profil docelowy w pewnych podłożach, co wymaga bardziej kompleksowych badań. Jak prawie wszystkie enzymy, HDAC są regulowane funkcjonalnie pod kątem ich aktywności. Wśród licznych mechanizmów regulacji na różnych poziomach, interakcje białko-białko i modyfikacje potranslacyjne (PTM) to dwa dobrze funkcjonujące mechanizmy. Wiele HDAC nie działa samodzielnie, ale działa jako składnik kompleksu wielobiałkowego, który pomaga poszczególnym HDAC w wywieraniu aktywności katalitycznej w bardziej efektywny i specyficzny sposób [17]. Bardzo często HDACs działają poprzez tworzenie dużych kompleksów białkowych. Szeroko zakrojone analizy biochemiczne wykazały, że HDAC1 i HDAC2 współistnieją w trzech głównych kompleksach wielobiałkowych korepresorów: Sin3, NuRD (przebudowa i deacetylacja nukleosomu) oraz CoREST (korepresor elementu -1-wyciszania czynnika transkrypcyjnego) [14 ]. HDAC są nie tylko modyfikatorami białek, ale mogą również podlegać różnym PTM. Najszerzej badaną modyfikacją jest fosforylacja. HDAC1 może być fosforylowany przez kinazę kazeinową (CK2) i kinazę zależną od cAMP PKA [18]. Fosforylacja zarówno w serynie (S) 421, jak i S423 jest niezbędna dla aktywności enzymatycznej HDAC1, a mutacje tych dwóch miejsc znacznie zmniejszają jego aktywność i tworzenie kompleksu. CK2 może również fosforylować HDAC2 w miejscach 422 i 424 (homologów do S421 i S423 w HDAC1) oraz w S394, głównym miejscu fosforylacji HDAC2 [19]. Konsekwentnie stwierdziliśmy również obecność fosforylowanego S394 Hdac2 w rozwijającej sięnerkipoprzez analizę spektrometrii masowej (Liu i wsp., niepublikowane). Ponadto fosforylacja HDAC1 i HDAC2 jest odwracalnie regulowana przez białkową fosfatazę PP1 [20]. Badania wykazały również, że PP2A reguluje odpowiedź hipertroficzną poprzez defosforylację S394 HDAC2 w ludzkim sercu [21]. Łącznie HDAC są ważnymi modulatorami epigenetycznymi i odgrywają role w wielu procesach biologicznych. Ich aktywność jest ściśle kontrolowana przez wiele mechanizmów, takich jak interakcja białko–białko oraz PTM. Powstawanie kompleksu wielobiałkowego determinuje nie tylko aktywność HDAC, ale także ich specyficzność substratową. Zmiany molekularne wywołane przez HDAC prawdopodobnie wywrą znaczący wpływ na zdrowie i choroby człowieka. W tej recenzji chcielibyśmy opisać role HDAC w:nerkarozwój i choroby.

Rola HDAC w rozwoju nerek

Powszechna ekspresja i wysoka aktywność deacetylazy HDAC klasy I są zgodne z ich znaczeniem funkcjonalnym. Konwencjonalne myszy z nokautem HDAC1 są śmiertelne dla embrionów, co skutkuje poważnymi defektami proliferacji i opóźnieniem wzrostu [22]. Co zaskakujące, warunkowy knock-out HDAC1 jest dobrze tolerowany w wielu tkankach, a myszy są żywotne, najprawdopodobniej ze względu na funkcjonalną nadmiarowość HDAC1 i HDAC2 w późniejszym rozwoju i życiu poporodowym [22]. Współdelecja HDAC 1 i HDAC2 jest szkodliwa we wszystkich badanych tkankach [22]. Co więcej, myszy HDAC2-null umierają po urodzeniu w ciągu 24 godzin z powodu dysfunkcji serca [22]. wnerka, HDAC są wszechobecne i wysoko wyrażane. Analiza RT-PCR wskazuje, że HDAC1, 2, 3, 4, 7, 9 podlegają kontroli rozwoju i znacząco spadają w okresie dojrzewania od embrionu do życia noworodkowego i dorosłego [23]. Analiza Western blotnerkalizaty jądrowe dodatkowo potwierdzają, że białka Hdac1–3 występują w dużej ilości w embrionienerkai są regulowane w dół po urodzeniu [23]. Barwienie immunologiczne ujawnia, że ​​Hdac 1 i 2 ulegają silnej ekspresji w różnych populacjach rozwijającej się nerki w nerkach nowonarodzonych myszy (P0), w tym w niezróżnicowanym mezenchymie metanefrycznym, rozgałęzionych zawiązkach moczowodów i zrębie (ryc. 1). ). Hdac1 i 2 są nakładające się i wyłącznie w jądrowej ekspresji w rozwijających się nerkach i nerkach P21 (ryc. 1). Wysoką ekspresję Hdac3 wykryto również w rozwojunerka, w tym podocyty. Natomiast Hdac 5, 6 i 8 są wyrażane konstytutywnie. W mikrokrążeniu nerkowym dochodzi do ekspresji Hdac 7, 8 i 9 [24]. Łącznie geny HDAC klasy I i klasy II są różnie regulowane podczasnerkarozwój. Ekspresja wszystkich HDAC w nerkach została dobrze udokumentowana w niedawnym przeglądzie [25].

Ryc. 1 Wysoka ekspresja i lokalizacja jądrowa Hdac1 i Hdac2 w nerkach noworodków myszy (odpowiednio P0) (a, b) i P21 (c, d)

Jednak przestrzennie i czasowo ograniczona dystrybucja HDAC nie zmienia globalnych poziomów acetylacji histonów H3 i H4, co sugeruje ścisłe sprzężenie funkcji HAT i HDAC podczas normalnego rozwoju [23].

Wśród HDAC klasy I, HDAC1 i HDAC2 są ze sobą ewolucyjnie spokrewnione i oba są bardzo obficie wyrażane w wielu tkankach. HDAC1 i HDAC2 mogą tworzyć homo- lub heterodimery i występują razem w prawie wszystkich kompleksach białek jądrowych, w tym w trzech dobrze scharakteryzowanych kompleksach korepresorów: Sin3, NuRD i Co-REST [14, 26]. Dzięki warunkowej delecji Hdac1 i Hdac2 w linii pączków moczowodowych (UB) z Hoxb7-Cre, badania wykazały, że myszy z nie więcej niż trzema usuniętymi allelami Hdac1 i Hdac2 nie wykazują żadnych istotnych nieprawidłowości w rozwoju nerek [27] . Te myszy mogą przetrwać do dorosłości bez żadnych nieprawidłowości we wzroście lub rozwoju. Z kolei równoczesna delecja wszystkich czterech alleli Hdac1 i Hdac2 powoduje wczesną śmiertelność po urodzeniu do 2–4 tygodnia życia [27]. Thenerkatkanki myszy knockout w P0 wykazywały brak strefy nefrogennej, brak wzorców korowo-rdzeniowych oraz tworzenie wielu torbieli nabłonkowych, co sugeruje krytyczną rolę i funkcjonalną redundancję Hdac1 i Hdac2 wnerkaformacja i funkcja [27]. Badania wykazują również, że utrata Hdac1 i Hdac2 w nabłonku UB prowadzi do znacznej hiperacetylacji białka supresorowego p53 w celu zwiększenia stabilności p53 i aktywności transkrypcyjnej [27]. Chociaż p53 jest bardzo ważnym supresorem nowotworu, nieograniczona aktywność p53 jest szkodliwa dla tworzenia nerek, najprawdopodobniej z powodu niewłaściwej śmierci komórkowej lub defektów proliferacji [28].

Thenerkazawiera wiele wyspecjalizowanych typów komórek o regionalnych funkcjach fizjologicznych.Nerkatworzenie się u ssaków jest inicjowane przez wzajemne interakcje między dwoma typami tkanek: pączkiem moczowodu i mezenchymem metanefryny [5, 29–31]. Mezenchym kapelusza Six2 plus to multipotencjalne, samoodnawiające się komórki progenitorowe nefronu (NPC), które dają początek funkcjonalnemu nabłonkowi nefronu [30]. Aby uzyskać wgląd w rolę HDAC1/2 w utrzymaniu i różnicowaniu NPC, warunkowo usunęliśmy Hdac1 i Hdac2 z myszami Six2eGFPCre (Six2TGC) [30]. Myszy z podwójną delecją HDAC1 i HDAC2 specyficzną dla NPC (wszystkie cztery allele) urodziły się w normalnych proporcjach Mendla, ale zmarły wkrótce po urodzeniu [4]. Zmutowane nerki w dniu poporodowym (P) 0 okazały się małenerkawielkość, brak strefy nefrogennej, brak powstających nefronów i kłębuszków oraz powstawanie wielu cyst [4]. Podobnie jak w przypadku delecji Hdac1 i Hdac2 w linii UB, jeden allel HDAC1 lub HDAC2 wystarcza do zapewnienia nefrogenezy [4]. Nasze wyniki wykazały, że deacetylazy histonowe 1 i 2 (HDAC1/2) są niezbędne do regulacji programów transkrypcyjnych prekursorów nefronu i pęcherzyków nerkowych [4]. HDAC1/2 odgrywają podwójną rolę w równoważeniu samoodnowy i różnicowania NPC podczas nefrogenezy (ryc. 2): Z jednej strony HDAC1/2 są wymagane do ekspresji wszystkich genów markerowych (takich jak Six2, Sall1 i Osr1) w NPC i samoodnawianie tych komórek; z drugiej strony są one również ważne, aby tłumić ekspresję kanonicznych genów docelowych Wnt i zapobiegać przedwczesnemu różnicowaniu NPC. Nasze analizy biochemiczne i ChIP ujawniły również, że HDAC1 i HDAC2 oddziałują z Six2, Osr1 i Sall1, siecią regulatorów transkrypcji, które utrzymują równowagę proliferacji i różnicowania NPC [4]. Six2 jest głównym czynnikiem transkrypcyjnym w rozwijającej się nerce i odgrywa kluczową rolę w utrzymywaniu funkcjonalnej puli samoodnowy poprzez podwójne tłumienie różnicowania NPC i napędzanie samoodnowy. Six2 i HDAC1/2 ulegają koekspresji w niezróżnicowanych NPC i wszystkie są wymagane do utrzymania komórek progenitorowych nefronu i zapobiegania przedwczesnemu różnicowaniu [4]. Uważamy, że HDAC1/2 są wymagane do podwójnej funkcji Six2 w celu precyzyjnej kontroli samoodnowy i różnicowania NPC. HDAC mogą deacetylować nie tylko białka histonowe, ale także białka niehistonowe [12]. Przewidywanie in silico za pomocą programu komputerowego opartego na wzbogacaniu zestawu acetylacji (ASEB) [32] wskazuje kilka potencjalnych miejsc odpowiedzialnych za acetylację Six2 przez p300 i deacetylację przez Hdac1/2 (Tabela 1). Wśród nich lizyna (K) 46, K52 i K71 znajdują się w domenie Six (1-124) domeny Six2, a K138 w domenie Six2 [33]. Badania wykazały, że domena Six ma znacznie silniejszą tendencję do jądra

stwierdzono, że białko składające się z domeny Six i homeodomeny znajduje się wyłącznie w jądrze [33]. Dlatego acetylacja tych potencjalnych miejsc byłaby bardzo prawdopodobnie związana z lokalizacją jądra białka Six2 i/lub aktywnością transkrypcyjną. Niedawno nasza analiza całego genomu wykazała, że ​​Hdac1 i Six2 wspólnie zajmują regiony wzmacniające genów odnowy NPC, a wiązanie Hdac1 wskazuje na otwartą chromatynę w regionie promotorowym genów aktywnie transkrybowanych w NPC [34]. Jak HDAC1/2 reguluje funkcję Six2 dlanerkarozwój zdecydowanie gwarantuje dalsze badania.

Ssaknerkarozwija się z wzajemnych interakcji między mezenchymem metanefrycznym a pączkiem moczowodu. Zrąb, trzecia linia, która wypełnia przestrzeń śródmiąższową, pochodzi od odrębnych przodków wykazujących ekspresję czynnika transkrypcyjnego Foxd1 [35]. Badania wykazują, że podścielisko korowe z ekspresją Foxd1 jest multipotencjalną, samoodnawiającą się populacją progenitorową, która da początek komórkom śródmiąższowym kory i rdzenia kręgowego, komórkom mezangialnym i pericytomnerka[35]. HDAC1 i HDAC2 są również silniej wyrażone w zrębie rozwijającego sięnerki[4, 23, 27]. Aby zbadać rolę dwóch HDAC w linii zrębu, wykorzystujemy model mysi do warunkowego usunięcia HDAC1 i HDAC2 za pomocą Foxd1-Cre [36]. Nasz

Ryc. 2 HDAC1/2 odgrywają podwójną rolę w równoważeniu samoodnowy i różnicowania NPC podczas nefrogenezy

wstępne wyniki wykazały, że specyficzna delecja HDAC1/2 w progenitorach zrębu prowadzi do nieprawidłowej ekspansji progenitorów nefronu (ryc. 3), podobny fenotyp obserwowany w przypadku delecji Sall1 lub ablacji zrębu nerki wywołanej przez Foxd1-Cre [37] , 38]. Dalsza charakterystyka tego, w jaki sposób HDAC1/2 zrębu ogranicza i reguluje nadmierną ekspansję nefronów, pomogłaby pogłębić naszą wiedzę na temat epigenetycznej regulacji tworzenia nerek i wzajemnej rozmowy między zrębem i nefronem.

HDAC a zwłóknienie śródmiąższowe nerek

Przewlekła choroba nerek (PChN) jest coraz częściej rozpoznawanym problemem zdrowia publicznego i charakteryzuje się stopniowym i nieodwracalnym pogorszeniem funkcji nerek. Zwłóknienie śródmiąższowe nerki jest cechą charakterystyczną PChN. Zwłóknienie śródmiąższowe nerki charakteryzuje się atrofią kanalików nerkowych, nieprawidłowym odkładaniem się macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i postępującą ekspansją fibroblastów. Podstawowe mechanizmy chorobotwórcze są złożone i różnorodne. Zgromadzone dowody wskazują, że HDAC uczestniczą w patogenezie włóknienia śródmiąższowego nerki, a hamowanie HDAC wywiera działanie przeciwzakrzepowe głównie poprzez następujące mechanizmy: (1) hamowanie pro-zatorowej sygnalizacji TGF, (2) zapobieganie apoptoza komórek nabłonka oraz (3) zwiększenie ekspresji białka 7 morfogenezy kości (BMP7) [39]. Transformujący czynnik wzrostu beta (TGF- ) należy do transformującego czynnika wzrostu, który jest niezbędny w regulacji różnych procesów biologicznych. U ssaków trzy izoformy TGF- zostały zidentyfikowane wnerka: TGF- 1, TGF- 2 i TGF- 3. Wśród nich TGF- 1 wywiera aktywność biologiczną poprzez szlaki Smad i inne niż Smad, a jego rola w włóknieniu nerek jest najlepiej scharakteryzowana (Yu i wsp. 2003; Meng i wsp. 2016). Nieprawidłowa aktywacja TGF- 1 wnerkapowoduje włóknienie śródmiąższowe poprzez promowanie proliferacji fibroblastów i odkładanie nieprawidłowej macierzy zewnątrzkomórkowej [40]. Wcześniejsze badania wykazały, że leczenie trichostatyną A (TSA), inhibitorem pan-HDAC (HDACi) zarówno w przypadku HDAC klasy I, jak i klasy II, łagodzi włóknienie nerek w mysim modelu jednostronnej niedrożności moczowodu (UUO) [41]. Leczenie TSA również istotnie inaktywowało fibroblasty. Co więcej, wyciszenie HDAC1 lub HDAC2 blokowało proliferację fibroblastów nerkowych poprzez zmniejszenie fosforylacji STAT3 (przetwornik sygnału i aktywator transkrypcji 3), cząsteczki sygnalizacyjnej związanej z proliferacją fibroblastów nerkowych i rozwojem włóknienia nerek [42]. Dalsze badania wykazały, że leczenie TSA zwiększa również ekspresję BMP-7 i łagodzi patogenezę uszkodzenia nerek [43, 44]. Ponieważ BMP-7 indukuje ochronę przed włóknieniem nerek za pośrednictwem TGF- -, przywrócenie ekspresji BMP-7 stanowi kolejny główny mechanizm, dzięki któremu hamowanie HDAC zapobiega postępującej CKD [44]. Ponadto podawanie MS-275 lub Fk228 (selektywnych inhibitorów HDAC klasy I) znacząco osłabia postęp włóknienia nerek poprzez hamowanie aktywacji i proliferacji fibroblastów nerkowych, co sugeruje, że HDAC klasy I odgrywają dominującą rolę w włóknieniu nerek [45, 46].

Łącznie, HDAC odgrywają ważną rolę w aktywacji fibroblastów nerek i włóknieniu śródmiąższowym nerek, a zastosowanie inhibitorów HDAC (zwłaszcza HDAC klasy I) może zatem zapewnić skuteczną terapię łagodzącą i leczącą włóknienie nerek.

HDAC a diabetycynerkachoroba

Cukrzyca dotyka ponad 451 milionów ludzi na świecie i nefropatia cukrzycowa (DN,nerkachoroba w cukrzycy) jest najczęstszą przyczyną PChN. Końcowy etapnerkachoroba (ESKD) jest ostatnim etapem PChN. Dzieje się tak, gdy obie nerki nie są już w stanie zaspokoić potrzeb organizmu na codzienne życie. Najczęstszymi przyczynami ESRD w Stanach Zjednoczonych są cukrzyca i nadciśnienie [47]. Cechą charakterystyczną DN jest postępująca akumulacja macierzy zewnątrzkomórkowej w mezangium kłębuszków nerkowych i cewkowo-śródmiąższowym. Szereg badań przedklinicznych wykazało skuteczność hamowania HDAC w eksperymentalnych modelach cukrzycowej choroby nerek [48, 49]. Wczesne badania wykazały wzrost aktywności HDAC2 u chorych na cukrzycę indukowaną streptozotocyną (STZ)nerkioraz komórki nabłonka proksymalnego kanalika nerkowego szczura (NRK-52E) eksponowane na TGF- 1 [50]. Uderzenie siRNA HDAC2 zmniejszyło ekspresję fibronektyny i -SMA w komórkach NRK-52E. Leczenie TSA zmniejszyło ekspresję składników ECM i zapobiegło przejściu nabłonkowo-mezenchymalnemu (EMT). Zaobserwowano, że kwas walproinowy (VPA) (inny inhibitor HDACI/II) lub SK704 (selektywny inhibitor HDAC klasy I) mają podobny wpływ na komórki NRK-52E, co potwierdza zasadniczą rolę HDAC klasy I w rozwoju cukrzycowa choroba nerek [50].

Stres retikulum endoplazmatycznego (ER) wywołany przez reaktywne formy tlenu (ROS) jest związany z rozwojem DN [51]. Receptor naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) pośredniczy w stresie oksydacyjnym, a aktywacja EGFR była powiązana z myszami z cukrzycą. Sygnalizacja stresowa EGFR/AKT/ROS/ER odgrywa istotną rolę w progresji DN, a hamowanie EGFR może służyć jako potencjalna strategia terapeutyczna w DN [51]. Badania wykazały, że leczenie szczurów z cukrzycą worinostatem przez 4 tygodnie istotnie obniżyło poziom EGFR i stłumiłonerkawzrost i przerost kłębuszków, co wskazuje, że HDAC mogą odgrywać rolę we wczesnej DN poprzez aktywację EGFR [48].

Podocyty są terminalnie zróżnicowanymi komórkami nabłonka i stanowią ważny składniknerkabariera fltracyjna [52]. Uszkodzenie podocytów przyspiesza progresję DN poprzez utratę integralności bariery filtracyjnej nerek, co skutkuje ucieczką białek do moczu (białkomocz) [52]. Dzięki analizie bazy danych wykryto wyższą aktywność HDAC1 i HDAC2 w mikromacierzy z kłębuszków myszy białkomoczowych (Inoue i wsp. 2019). Ostatnio badania wykazały ważną rolę aktywności HDAC podocytów w regulacji mysiej i ludzkiej choroby kłębuszków nerkowych i silnie sugerują, że hamowanie aktywności HDAC1 i HDAC2 może hamować progresję białkomoczu człowieka. Podawanie VPA (inhibitor HDAC klasy I, lek zatwierdzony przez FDA) i kwasu suberanilohydroksamowego (SAHA) złagodziło białkomocz i ograniczyło rozwój stwardnienia kłębuszków nerkowych w wielu modelach uszkodzenia kłębuszków nerkowych u gryzoni. Myszy HDAC1 i HDAC2 specyficzne dla Podocye, które uległy ablacji, były oporne na postępujące stwardnienie kłębuszków nerkowych. Dodatkowo, analiza podłużna 120,{17}} uczestników badania kohortowego weteranów starzenia się, wykazała silny ochronny wpływ leczenia VPA na spadek szacowanego wskaźnika ffltacji kłębuszków [52].

Podsumowując, choroba nerek spowodowana cukrzycą pozostaje najczęstszą przyczyną przewlekłej niewydolności nerek, a HDACi zapewnia kliniczną korzyść w leczeniu cukrzycowej choroby nerek.

HDAC a rak nerki

Inhibitory HDAC były szeroko badane w różnych typach raka. Najczęstszy jest rak nerkowokomórkowy (RCC)nerkaraka i odpowiada za 2–3 procent nowotworów dorosłych w Stanach Zjednoczonych [53]. HDAC klasy I, zwłaszcza HDAC1, 2 i 3, są silnie wyrażane w RCC, co czyni je interesującymi celami terapii [54]. Ostatnie badania wykazały, że HDAC1 i HDAC2 są niezbędne do wzrostu i przeżycia komórek raka nerki [55]. HDAC prowadzą do zmniejszenia E-kadheryny (cząsteczki adhezji komórkowej) i receptora płytkopochodnego czynnika wzrostu (PDGFR, kluczowego czynnika tworzenia przerzutów RCC) [55]. Rak jasnokomórkowy nerkowokomórkowy (ccRCC) jest najczęstszą postacią raka nerkowokomórkowego. ccRCC charakteryzuje się inaktywacją genu supresorowego guza von Hippel Lindau (VHL) [56]. Badania wykazały, że HDAC1 i 6 ulegają silnej ekspresji i modulują inwazję komórek i migrację w ccRCC [56]. Ostatnio wykryliśmy również wyższą aktywność HDAC1 i HDAC2 w guzie Wilmsa, litym rakowym guzie nerki, który wywodzi się z niedojrzałego dzieckankomórki oka (Liu i wsp., niepublikowane). Poprzez ukierunkowanie zarówno na białka histonowe, jak i niehistonowe, HDAC odgrywają kluczową rolę we wzroście i progresji guzów litych [57]. Wykazano, że HDACi skutecznie indukuje zatrzymanie wzrostu, apoptozę i różnicowanie komórek nowotworowych oraz hamowanie angiogenezy guza [57, 58].

Coraz więcej dowodów wskazuje, że HDACi hamują proliferację komórek rakowych i indukują zatrzymanie cyklu komórkowego [57, 58]. Traktowanie VPA komórek RCC doprowadziło do zatrzymania G1 poprzez zwiększenie ekspresji p21 [59]. Ponadto LBH589 (panobinostat; Farydak®, Novartis Pharms Corp.) indukował zatrzymanie G2/M komórek RCC przez zmniejszenie zorzy A i B oraz regulację w dół surwiwiny [60], w której pośredniczyły w szczególności HDAC3 i 6 [60] . Aurora A i B to wysoce konserwatywne kinazy serynowo-treoninowe, które odgrywają ważną rolę podczas mitozy i mejozy, szczególnie w progresji cyklu komórkowego G2-M. Surwiwina należy do rodziny inhibitorów apoptozy (IAP), których działanie polega na hamowaniu apoptozy lub zaprogramowanej śmierci komórki. Zatrzymanie G2/M było również indukowane przez KBH-A145, pochodną kwasu hydroksamowego na bazie β-laktamu, która hamuje HDAC [61]. W ludzkich komórkach raka nerki KBH-A145 reguluje w górę p21 poprzez hamowanie rekrutacji HDAC1 do promotora p21 [61]. Łącznie wyniki te wskazują, że inhibitory HDAC powodują zatrzymanie cyklu w RCC poprzez wpływ na regulatory cyklu komórkowego, takie jak p21, zorza polarna A i zorza polarna B.

Pomimo aprobaty FDA do leczenia wielu nowotworów, pojedyncze terapeutyczne zastosowanie inhibitora HDAC (HDACi) ma ograniczoną skuteczność terapeutyczną w leczeniu guzów litych [62]. Liczne badania wykazały korzyści skojarzonego stosowania HDAC z innymi lekami przeciwnowotworowymi w leczeniu RCC [58]. Na przykład, VPA w połączeniu z niskimi dawkami interferonu lub AEE788 (inhibitor receptorowej kinazy tyrozynowej) lub RAD001 (inhibitor mTOR) jest znacznie bardziej skuteczny w hamowaniu aktywności HDAC i proliferacji komórek w komórce RCC [63]. Wyniki jednoramiennego badania I/II fazy pokazują, że dodanie inhibitora entynostatu klasy 1 HDAC do leczenia dużymi dawkami IL -2 u pacjentów z przerzutowym ccRCC może być korzystne [64]. Ta sama grupa podała również, że rekombinacja worinostatu, inhibitora klasy II HDAC i bewacyzumabu, będącego blokerem VEGF, jest stosunkowo dobrze tolerowana w jednoramiennym badaniu klinicznym I/II fazy [65].

Podsumowując, badania te silnie sugerują, że hamowanie HADC, zwłaszcza w połączeniu z dodatkowymi środkami terapeutycznymi, może zapewnić skuteczną metodę leczenia RCC.

Wnioski i perspektywy

Wykazano, że HDAC, zwłaszcza HDAC klasy I, odgrywają kluczową rolę w:nerkarozwój [4, 23, 27, 9]. Nieprawidłowy poziom ekspresji i aktywność HDAC są ściśle związane z patogenezą i progresją różnych chorób nerek. Wykazano, że wiele HDACi jest bardzo skutecznych w leczeniunerkachoroby. Wyczerpujące informacje na temat terapeutycznego wpływu inhibitorów deacetylazy histonowej na chorobę nerek przedstawiono w artykule przeglądowym (Chun, 2018). Konieczne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć mechanizmy molekularne HDAC w normalnychnerkatworzenie i choroby nerek. HDAC i HDACi regulują (lub zmieniają) ekspresję genów poprzez zmianę acetylacji białek. Obecnie profil acetylacji białek modulowanych HDAC lub za pośrednictwem HDCAi wnerki(w warunkach fizjologicznych lub patologicznych) nie jest dobrze poznana. Obszerna analiza globalnej acetylacji lizyny białka w odpowiedzi na nokaut HDAC lub hamowanie HDAC przy użyciu metod proteomicznych zapewni nowy wgląd w mechanizmy regulacji HDAC w rozwoju nerek i otworzy nowe możliwości terapeutyczne w zapobieganiu i leczeniu chorób nerek i związanych z nimi chorób nerek i układu krążenia choroby. Liczne badania z powodzeniem wykazały renoprotekcyjne działanie inhibitorów HDAC, jednak większość z nich to inhibitory pan-HDAC. Inhibicja HDAC o szerokim spektrum jest bardziej prawdopodobna, aby powodować nefrotoksyczność, a opracowanie specyficznych inhibitorów HDAC jest wymagane do poprawy wyników klinicznych i zmniejszenia toksyczności. Terapia skojarzona przez sprzęganie inhibitora HDAC z dodatkowymi środkami również będzie korzystna w leczeniu. Ponadto dogłębne zrozumienie roli HDAC i inhibitorów HDAC będzie również bardzo pomocne w opracowaniu nowych narzędzi do podsumowania nefrogenezy w medycynie regeneracyjnej.

Podziękowanie Wielkie podziękowania dla dr. El-Dahra za krytyczne przeczytanie i zredagowanie tego rękopisu. Badania przedstawione w tej publikacji były wspierane przez American Heart Association (17SDG33660072), granty National Institutes of Health P50 DK096373-03 i P30GM103337.

Otwarty dostęp Ten artykuł jest objęty licencją Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0, która zezwala na używanie, udostępnianie, adaptację, dystrybucję i powielanie w dowolnym medium lub formacie, pod warunkiem, że podałeś odpowiednie informacje o autorze oryginalnego( s) i źródło, podać link do licencji Creative Commons i wskazać, czy dokonano zmian. Obrazy lub inne materiały stron trzecich w tym artykule są objęte licencją Creative Commons tego artykułu, chyba że zaznaczono inaczej w limicie kredytowym do materiału. Jeśli materiał nie jest objęty licencją Creative Commons artykułu, a Twoje zamierzone użycie nie jest dozwolone przez przepisy ustawowe lub przekracza dozwolone użycie, musisz uzyskać pozwolenie bezpośrednio od właściciela praw autorskich. Aby wyświetlić kopię tej licencji, odwiedź http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.