Senaste framstegen inom epigenetik av åldersrelaterade njursjukdomar Ⅱ

3.2. Förändrad balans av histonförändringar vid åldersrelaterade njursjukdomar

Genomisk information om eukaryota celler deponeras huvudsakligen i nukleärt kromatin, som består av DNA, RNA, histoner och icke-histonproteiner [89,90]. I synnerhet uppvisar kromatin två mycket olika tillstånd: eukromatin och heterokromatin [91,92], där det förra är löst packat och transkriptionellt aktivt medan det senare är tätt packat och mindre transkriptionellt aktivt. Histonoktameren består av två histon-H2A-H2B-heterodimerer och en H3-H4-tetramer, som är inkapslad av cirka 147 bp DNA för att bilda nukleosomen [93]. Histoner är sammansatta av en central globulär domän och flexibla laddade N-terminala svansar. Eftersom NH2-terminalen av histoner sträcker sig från kärnan och innehåller specifika aminosyrarester, är de mycket känsliga för flera typer av posttranslationella modifieringar såsom acetylering, fosforylering, ubiquitination, SUMOylering och metylering, vilket påverkar deras funktion [91,94] ,95]. Noterbart kan histonmodifieringar direkt påverka kromatinstrukturen genom att förhindra bindningen av transkriptionsfaktorer till deras specifika bindningsställen eller förändra interaktionen mellan histonsvansar och nukleosom-DNA, som spelar en avgörande roll i regleringen av genuttryck [96,97]. Till exempel har ett antal genomomfattande studier indikerat att histonmodifieringar i en specifik genomisk region kan bidra till förändringar i kromatinstrukturen, vilket leder till antingen aktivering eller undertryckande av specifikt genuttryck [98-100].

KLICKA HÄR FÖR ATT FÅ CISTANCHE FÖR FÖREBYGGANDEÅLDERSRELATERADE NJURSJUKDOMAR

Histonmodifieringsförändringar har rapporterats påverka en mängd olika biologiska processer (t.ex. celltillväxt, celldifferentiering, treoninmetabolism och inflammation [101-104]) som positivt eller negativt påverkar utvecklingen av åldrande. Växande bevis stöder tanken att histonmodifieringar avsevärt har ökat vår kunskap om epigenetiska modifieringar i uttrycket av många gener under utvecklingen av njuråldring [105,106]. När det gäller åldersrelaterade njursjukdomar är den vanligaste rapporterade och bäst karakteriserade typen av histonmodifieringar histonacetylering/deacetylering [107], som är dynamiskt reglerade av två familjer av enzymer med motsatta roller: histonacetyltransferaser (HAT) och histondeacetylaser (HDAC) [108]. Många acetyleringstecken på histoner minskar vanligtvis med åldern, främst inklusive H3-acetylering på lysin 18, 27 och 56 samt bulk H4-acetylering, som anses bidra till åldrandeprocessen och utvecklingen av åldersrelaterade sjukdomar [109]. För närvarande är däggdjurs-HDAC indelade i fyra kategorier enligt deras homologi med jäst [110] inklusive klass I (HDAC1, 2, 3, 8), klass II a (HDAC4, 5, 7 och 9), klass II b ( HDAC6 och 10), klass III (Sirtuins, Sirt1-7), klass IV (HDAC11), varav klass I, II och IV HDAC är beroende av Zn2+ som en kofaktor och känslig för all HDAC hämmare, medan klass III HDAC förlitar sig på NAD+ för sina aktiviteter och är okänsliga för klassiska HDAC-hämmare [111]. I allmänhet kan HDAC deacetylera lysinrester på histonsvansar, vilket återställer de positiva laddningarna av kromatinhistoner, vilket leder till kondensering av kromatin och hämning av gentranskription. Nya studier har indikerat att det avvikande uttrycket av HDAC är nära förknippat med njuråldring och åldersrelaterade njursjukdomar [107,112]. Dessutom tyder ackumulerande bevis också på att HDAC-hämmare med fördel kan modulera åldersrelaterade processer, förmodligen genom att vända åldersrelaterad deacetylering av kromatin, acetylering av histoner nära pro-longevity gener, aktivera pro-longevity proteiner och/eller deaktivera anti- livslängdsproteiner [109,113], som fortfarande behöver undersökas ytterligare.

Histondeacetylas 3 (HDAC3), en medlem av klass I HDAC-familjen, är avgörande för embryonal utveckling av däggdjur och åldrandeprocessen. Den avvikande aktiveringen av HDAC3 är nära kopplad till en mängd olika mänskliga sjukdomar såsom cancer [114], diabetes mellitus [115,116], neurodegenerativa störningar [117] och CKD [25]. Till exempel identifierades NM_026333, en nyupptäckt anti-aging-gen, som uppenbart nedreglerad i njurarna från kopplingsfaktor 6 (CF6)-överuttryckande transgena och högsaltmatade möss med för tidigt åldrande-liknande fenotyper [118]. Endogent överuttryck av NM_026333 eller tillskott av NM_026333 rekombinant proteinlindrad CF6-inducerad åldringsegenskaper hos HEK-293-celler (t.ex. nedsatt autofagi, genomisk instabilitet och epigenetiska förändringar ) genom att avskaffa HDAC3-inducerad transkriptionell repression av autofagi-relaterad 7 (Atg7), vilket tyder på att HDAC3 kan påskynda njuråldring genom att försämra autofagi [118]. Dessutom har HDAC3 indikerats att hämma transkriptionen av Klotho, ett välkänt anti-aging-protein, vid olika njursjukdomar såsom CKD [25] och fibrotiska njursjukdomar [26]. Att rikta in sig på Klotho-förlust genom HDAC3-hämning kan fungera som en ny strategi för behandlingar mot njurfibros samt lovande terapeutisk potential för en minskning av CKD-progression. Dessa studier tillsammans indikerar att avvikande aktivering av HDAC3 sannolikt bidrar till åldersrelaterade njursjukdomar, men huruvida målinhibering av HDAC3 kan mildra njuråldring samt förebygga och behandla åldersrelaterade njursjukdomar återstår att undersöka ytterligare.

Sirts, en bevarad familj som består av sju medlemmar (Sirt1-7), tillhör klass III NAD+-beroende HDAC, som har ansetts vara en klass av kritiska regulatorer av åldrande och metabolisk sjukdom [119]. Skjortor är allmänt uttryckta i olika typer av njurceller, av vilka några har visat sig fördröja njuråldring. Uttrycket av Sirt1 minskade signifikant i åldrande njurar, vilket var associerat med förändringar i uttrycket av en mängd olika målmolekyler (t.ex. Klotho [120], peroxisom-proliferatoraktiverad receptor-koaktivator-1 (PGC{{8) }} ) [121], gaffellåda O3 (FOXO3) [121,122], AMP-aktiverat proteinkinas (AMPK) [123] och hypoxiinducerbar faktor-1 (HIF-1) [124] ). Till exempel visade sig podocytspecifik tystnad av Sirt1 förvärra åldersrelaterad glomeruloskleros och albuminuri [121]. Endotelial Sirt1-brist bidrar till nefroskleros genom nedreglering av matrismetalloproteinas-14 (MMP-14), vilket främst är förknippat med vaskulärt åldrande och fibros [125] medan farmakologisk aktivering av Sirt1 signifikant minskar de patologiska förändringarna av åldrandet i njuren via aktivering av AMPK och PPAR-signalvägen [123]. Följaktligen anses Sirt1 vara ett potentiellt terapeutiskt mål för att behandla åldersrelaterade njursjukdomar. Sirt3, en kritisk regulator av cellåldring, är relaterad till aktivering av renin-angiotensin-aldosteronsystemet (RAAS), som har rapporterats spela en viktig roll vid njuråldring. Tidigare studie har visat att riktad knockout av Agtr1a (Agtr1a−/−)-genen som kodar för Ang II typ 1-receptorer (AT1R) avsevärt förlänger livslängden för möss, vilket tillskrivs dämpningen av oxidativ stress och uppregleringen av Nampt och Sirt3 [126].

En nyare studie av Uneda et al. har rapporterat motstridiga resultat och indikerar att det är Sirt1, men inte Sirt3, som är signifikant minskad i njurarna hos åldrade Agtr1a−/− möss [127]. Även om den kritiska funktionen av Sirt3 i den renala åldrandeprocessen genom Ang II-AT1R-signalvägen förblir kontroversiell, utvecklar Sirt3−/− möss allvarligare njurfibros än deras åldersmatchade vildtypskontroller (WT) när de åldras [128 ]. Sammantaget tyder dessa resultat på att Sirt3 verkligen spelar en viktig roll för att lindra åldersrelaterade njursjukdomar, möjligen genom att dämpa oxidativ stress och bibehålla mitokondriell integritet. Dessutom har deltagandet av Sirt6 också indikerats för att förbättra åldersrelaterad njurskada genom undertryckandet av den proinflammatoriska nukleära faktor kappa-B (NF-Kb) signalvägen [129]. Sirt6-brist resulterar signifikant i progressionen av glomerulär skada i åldrade möss njure [130]. Sammantaget tyder nuvarande fynd på att Sirts förbättrar graden av vävnadsskada och fibros iåldrande njurar, troligen genom att minska oxidativ stress och inflammation, vilket indikerar att Sirts har stor potential som ett nytt terapeutiskt mål för förebyggande och klinisk behandling av åldersrelaterade njursjukdomar. Sålunda skulle stora ansträngningar för att visa att Sirt-aktivatorer är till stor nytta för patienterna ge stora kliniska och folkhälsokonsekvenser.

I allmänhet visar ovanstående forskning de underliggande rollerna för histonacetylering och deacetylering vid modulering av njuråldring och åldersrelaterade njursjukdomar (tabell 2). Dessa studier gav emellertid begränsad insikt i att avgränsa specifika molekylära mekanismer, och direkta bevis från in vivo-studier som stöder onormala histonmodifieringsmönster som bidrar till åldersrelaterad njursjukdom saknas. Sålunda krävs fortfarande fortsatta ansträngningar för att klargöra rollen av histonmodifieringar inom området för åldersrelaterade njursjukdomar.

3.3. Icke-kodande RNA vid åldersrelaterade njursjukdomar

Cirka 93 % av mänskligt genomiskt DNA kan transkriberas till RNA [131], varav endast cirka 2 % av dessa RNA kan översättas till proteiner, och de återstående RNA:n representerar ncRNA som inte har proteinkodningsförmåga eller har mycket låg protein- kodningsförmåga [132,133]. Under de senaste åren har de kritiska rollerna för ncRNA-transkript i epigenetisk genreglering blivit alltmer belyst [134,135]. Ackumulerande bevis tyder på att ncRNA, huvudsakligen inklusive mikroRNA (miRNA), långa ncRNA (lncRNA) och cirkulära RNA (circRNAs), spelar viktiga roller i åldrande och åldrande [136–138], med flera studier utförda i samband med njuråldring, och har betraktats som potentiella biomarkörer och terapeutiska mål [139].

MiRNA är en stor klass av korta ncRNA på ~22 nukleotider långa som är mycket konserverade över arter, vilket kan inducera gentystnad genom att rekrytera Argonaute (AGO) proteiner till målplatser främst inom de 30 oöversatta regionerna (30 UTR) av mRNA [140] ]. Mogna miRNA binds av Ago-proteiner för att bilda det miRNA-inducerade tystande komplexet (miRISC), som kan inducera nedbrytning av mål-mRNA eller translationshämning [141]. Ökande bevis har indikerat att oreglerat uttryck av miRNA är associerat med olika mänskliga sjukdomar såsom cancer [142], åldersrelaterade njursjukdomar [21] och så vidare. Under de senaste åren har ackumulerande epigenetikdata avslöjat involveringen av miRNA i åldersrelaterade njursjukdomar. Bai och kollegor utförde den första djupgående miRNA-uttrycksprofileringen i njurvävnader från 3- och 24-månader gamla råttor och identifierade signifikanta åldersrelaterade förändringar i miRNA-uttryck i åldrade njurar [21]. I den här studien identifierade forskarna 18 miRNA som var signifikant uppreglerade och sju miRNA som var anmärkningsvärt nedreglerade med åldrande i råttnjurar. De uppreglerade miRNA:erna var huvudsakligen relaterade till regleringen av gener involverade i cellproliferation, antioxidativt försvar och energimetabolism samt extracellulär matrisnedbrytning, medan de nedreglerade miRNA:erna huvudsakligen riktade sig mot gener kopplade till cellcykelstopp och immuninflammatorisk respons. miR-335 och miR-34a var signifikant uppreglerade i de åldrade njurvävnaderna och åldrande mesangialcellerna och kunde inducera för tidigt åldrande fenotyper i de unga mesangiala cellerna genom att modulera deras målgener, superoxiddismutas 2 (SOD2) och tioredoxinreduktas 2 (Txnrd2), genom bindning till 30 UTR av varje gen [21]. Konsekvent indikerar en nyligen genomförd studie att avvikande uppreglering av miR-34a bidrar till progression av njurfibros genom direkt bindning med 30 UTR av Klotho, en nyckelgen som kontrollerar åldrande [143]. Dessutom har ackumulerande studier rapporterat inblandning av vissa andra dysregulerade miRNA i njuråldring och/eller bidrag till åldersrelaterade njursjukdomar, främst inklusive miR-200c [22], miR-133b [23 ], miR-184 [144], miR-150 [144] och miR-21 [22,145,146]. Även om det finns få direkta bevis för att miRNA spelar en roll vid åldersrelaterade njursjukdomar, indikerar en stor mängd bevis att miRNA är nära besläktade med njurfibros och representerar ett potentiellt mål vid behandling av njurfibros [147] såsom miR{ {45}}a-3p [148], miR-146b-5p [149], miR-204 [150], miR-29b [ 151], miR-150 och miR-495 [152]. Eftersom njuråldring ofta åtföljs av njurfibros, kan dessa njurfibrosrelaterade miRNA också spela avgörande roller vid njuråldring såväl som vid åldersrelaterade njursjukdomar, vilket förtjänar att undersökas ytterligare. Sammantaget indikerar involveringen av många olika miRNA i åldersrelaterade njursjukdomar att en panel av miRNA potentiellt skulle vara mer användbar än en enda miRNA som en biomarkör. Ytterligare forskning behövs fortfarande på detta område.

LncRNA är en annan stor klass av ncRNA som härrör från genomregionerna, som är mer än 200 nukleotider långa utan proteinkodande potential [153,154]. Växande bevis har visat att lncRNA är involverade i olika biologiska processer inklusive åldrande och åldersrelaterade sjukdomar [155,156] genom att reglera genuttryck på nivån av kromatinmodifiering, transkription och post-transkriptionell bearbetning [157]. På samma sätt har ett ökande antal upptäckter belyst de avgörande rollerna som lncRNA spelar i åldersrelaterade njursjukdomar. En nyligen genomförd studie rapporterade att NEAT1, ett nytt lncRNA, kan försämra den skyddande effekten av Klotho mot renal tubulointerstitiell fibros och epitelial–mesenkymal övergång (EMT) i humana proximala tubulära cellinjeceller (HK-2) i DKD [158] . I denna studie upptäckte författarna EMT-relaterade lncRNAs (Gas5, H19, Hotair, Hottip, Malat1, Meg3, Miat, Neat1, Pvt1 och Tug1) uttrycksmönster i njurvävnaden för att screena för lncRNA associerade med Klotho-uttryck. från Klotho-överuttryckande diabetiska möss och fann att Neat1-uttrycket minskade avsevärt. Ytterligare studier indikerade att Klotho försenade utvecklingen av renal tubulointerstitiell fibros och renal tubulär EMT i DKD genom att nedreglera NEAT1-uttryck. LncRNA-ATB, uppreglerad i TGF- -behandlade HK-2-celler, visade sig bidra till cellåldring inducerad av TGF- via TGF-/Smad-signalvägen [159], men direkt experimentellt bevis in vivo saknar. På senare tid har Tamás et al. utförde djupgående lncRNA-profilering i njurvävnaderna hos vuxna möss (10 månader) och åldrade möss (26-30 månader) utsatta för unilateral renal IRI för att undersöka effekterna av åldrande och unilateral IRI på uttrycket av renal lncRNA [28]. Forskare visade att IRI hade störst inverkan pånjurar hos äldre mössjämfört med vuxna möss eftersom åtta lncRNAs var signifikant uppreglerade av ischemi i åldersmöss, medan endast fyra lncRNAs var anmärkningsvärt uppreglerade av ischemi hos vuxna möss. IGF2AS uppreglerades av IRI endast i njurarna hos gamla möss. Noterbart visade sig hämning av IGF2AS-uttryck vara skyddande i olika sjukdomsmodeller inklusive lokalbedövningsmedelsinducerad neurotoxicitet [160] och diabetes [161], vilket tyder på att IGF2AS kan spela en skadlig roll vid ischemi-reperfusionsskada i åldrade njurar. Y RNA, de enda lncRNA:n som påverkades av åldrande, har indikerats vara involverade i flera åldersrelaterade processer [162,163] såsom cellproliferation, stressresponser såväl som inflammation, men deras exakta roll i njuråldrande har inte illustrerats . Ingenuity pathway-analys (IPA) indikerade att H19-nedreglering var kopplad till åldrande genom p53/TP53-vägen. Dessutom har suppression av H19 visat sig vara associerad med det ökade uttrycket av p16 och p21 i flera studier [164,165]. Sammantaget, från de aktuella studierna, kan vi dra slutsatsen att lncRNA kan betraktas som ett potentiellt terapeutiskt mål för åldersrelaterade njursjukdomar, vilket behöver ytterligare utredning. Det är dock värt att notera att, till skillnad från miRNA och circRNA, är lncRNA dåligt bevarade över arter, så deras mål och funktioner bör tolkas med försiktighet.

CircRNA är en ny klass av endogent uttryckta ncRNA med en kovalent sluten struktur och enkelsträngade som är härledda från exoner eller introner, som kan fungera som miRNA-svampar, transkriptionsregulatorer eller RNA-bindande protein (RBP) partner för att reglera målgenexpression [166,167]. Dessutom, jämfört med miRNAs och lncRNAs, uppvisar circRNAs större stabilitet såväl som högre bevarande. Nyligen genomförda studier har visat att cirRNA-uttrycksnivåer förändras med åldern i olika vävnader av flera arter, allt från nematoder till däggdjur [138]. Till exempel har circFoxo3, härlett från exon 2 av FOXO3-genen, visat sig vara anmärkningsvärt uppreglerad i hjärtvävnaden hos äldre möss och människor och är associerad med omfattande åldrande [168]. Hämning av endogent circFoxo3 kan dämpa åldrande och lindra kardiomyopati. Ytterligare studier har visat att circFoxo3 kan binda till senescensrelaterade proteininhibitorer av DNA-bindning 1 (ID1) och E2F transkriptionsfaktor 1 (E2F1) samt stressrelaterade proteiner HIF-1 och fokalt adhesionskinas (FAK), därigenom blockerar anti-åldrig funktion hos dessa proteiner. Dessutom identifierade en nyare studie circGRIA1 som en nyckelmoderator för synaptisk plasticitet och synaptogenes i rhesusmakakhjärnan [169]. CircGRIA1-uttrycket är anmärkningsvärt ökat i den åldrande makakhjärnan, som direkt kan binda till dess värdgenpromotor och undertrycka uttrycket av dess föräldragen, och därmed bidra till hjärnans åldrande. För närvarande, även om ett stort antal studier har bekräftat att circRNA spelar avgörande roller i utvecklingen och progressionen av åldrande och åldersrelaterade sjukdomar i många organ [138], de exakta rollerna för circRNAs i njuråldring såväl som åldersrelaterade njurar. sjukdomar förblir svårfångade. Till skillnad från miRNA och lncRNA som har studerats väl i åldrade njurar, återstår kritiska åldersrelaterade circRNAs fortfarande att profileras i detalj i framtida studier. Eftersom circRNAs är mycket mer stabila än andra ncRNA, kan de existera stabilt i olika kroppsvätskor, vilket gör dem till en av de mest önskvärda biomarkörerna för diagnos och behandling av olika åldranderelaterade sjukdomar inklusive åldersrelaterade njursjukdomar.

Sammantaget indikerar ovanstående studier att ncRNA inklusive miRNA, lncRNA och circRNA kan spela kritiska reglerande roller i processerna för njuråldring såväl som åldersrelaterade njursjukdomar (tabell 3), vilket kan fungera som lovande diagnostiska biomarkörer och terapeutiska mål kliniskt. . De funktionella rollerna för de flesta ncRNA, särskilt circRNAs, i njuråldringsfält återstår dock att avslöja. Därför kräver det mer omfattande forskning inom detta område för att på djupet visa och validera de molekylära mekanismerna.

4. Epigenetik ger potentiella diagnostiska och terapeutiska mål för åldersrelaterade njursjukdomar

I motsats till genetiska förändringar är epigenetiska förändringar potentiellt plastiska och reversibla, vilket kan terapeutiskt manipuleras för behandling av indikerade sjukdomar [170,171]. Många epigenetiska kännetecken, främst inklusive DNA-metylering, histonmodifieringar och ncRNA, har visat stor potential i diagnos, prognos och övervakning av behandling samt förutsäga terapisvar i en mängd olika neoplastiska och icke-neoplastiska sjukdomar [172-175]. Till exempel är metyleringsnivåer av promotorregioner av cyklinberoende kinashämmare 2A (CDKN2A), cadherin 13 (CDH13), ras associationsdomänfamiljemedlem 1 (RASSF1A) och adenomatös polypos coli (APC) associerade med det tidiga återkomsten av stadium I icke-småcellig lungcancer (NSCLC) efter kurativ kirurgi [176]. En fas III-studie bekräftade att tucidinostat, en oral subtypselektiv HDAC-hämmare, har visat sig vara effektiv hos patienter med hormonreceptorpositiv (HR+) bröstcancer [177]. Dessutom har vissa HDAC-hämmare och DNMT-hämmare också godkänts förklinisk behandling av flera icke-onkologiska sjukdomarsåsom lupus [178],hjärtsvikt[179] och schizofreni [180]. Dessutom, eftersom miRNA är de mest omfattande forskade ncRNA:erna, har vissa miRNA som miR-16 [181] och miR-34 [182,183] redan gått in i prekliniska och kliniska prövningar för behandling av mänskliga sjukdomar. Med tanke på epigenetikens kritiska roll för att modulera njuråldring ochåldersrelaterade njursjukdomar, är det lovande att dessa epigenetiska förändringar också kan användas för att utveckla specifika biomarkörer och terapeutiska mål för att bekämpa dessa åldersrelaterade sjukdomar.

Som beskrivits ovan har avvikande DNA-metylering, onormala post-translationella modifieringar av histon såväl som reglering av vissa ncRNA bidragit till åldersrelaterade njursjukdomar (Figur 3). Därför är det frestande att spekulera i att flera olika manipulationer att behandla och förebyggaåldersrelaterade njursjukdomarsåsom utvecklingen av nya DNA-demetylerande medel, HDAC-hämmare och specifika ncRNA-blockerare och -agonister. Ändå, hittills, har ingen av de nuvarande tillgängliga epigenetiska modifierarna godkänts för att gå in i prekliniska eller kliniska prövningar inom området för åldrande av njurarna. Därför finns det inom en snar framtid ett akut behov av fler experimentella studier för att ytterligare utnyttja den lovande tillämpningen av epigenetiska medel i kampen motåldersrelaterade njursjukdomar.

Figur 3. Schematiskt diagram över mekanismerna för de viktigaste epigenetiska förändringarna i åldersrelaterade njursjukdomar. Avvikande DNA-metylering, onormala histonmodifieringar samt reglering av ncRNA är associerade med åldersrelaterade njursjukdomar. Dessa förändringar har varit inblandade i åldersrelaterade njursjukdomar genom förändringen av vissagenuttryck i olika njurceller.

Supporttjänst:

E-post:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Affär:

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