Genetiken för autosomal recessiv polycystisk njursjukdom--ARPKD

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com

Paraskevi Goggolidou *, Taylor Richards

Abstrakt:

ARPKD är en genetiskt ärftlignjursjukdomsom visar sig genom bilateral förstoring av cystiska njurar och leverfibros. Det uppvisar ett intervall av svårighetsgrad, med 30 procent av individerna som dör tidigt och majoriteten har en god prognos om de överlever det första levnadsåret. Orsakerna till denna variation är fortfarande oklara. Två gener har visat sig orsaka ARPKD när de är muterade, PKHD1, mutationer som leder till de flesta ARPKD-fall och DZIP1L, som är associerad med måttlig ARPKD. Denna minirecension kommer att utforska genetiken hos ARPKD och diskutera potentiella genetiska modifierare och fenokopier som kan påverka diagnosen.

Nyckelord:Autosomal recessiv polycystisknjursjukdom(ARPKD), PKHD1, DZIP1L, Modifierande gener, Phenocopy Fibrocystin

cistanche tubulosa fördelar och biverkningar

1. Introduktion

Autosomal recessiv polycystiskNjursjukdom(ARPKD) är en sällsynt form avkronisk njursjukdom(CKD) kännetecknas av närvaron avcystiska njurar. Den rapporterade prevalensen av ARPKD är allmänt accepterad som ~1:20,000 i Europa [1]. ARPKD manifesterar sig vanligtvis tidigt i livet och diagnostiseras vanligtvis i den neonatala/perinatala perioden eller tidig barndom [1–10]. Men individer med vuxen-debut ARPKD har också rapporterats, vilket belyser en betydande mängd variation i sjukdomspresentation [2,8-10]. Det första året är kritiskt för dem som diagnostiseras tidigt i livet, med en observerad dödlighet på ~30–40 procent [1]. Men för de som överlevde den här första perioden uppskattades överlevnaden för 1-år och 10-år till 85 procent respektive 82 procent [1]. Ingen etnicitet eller könsbias har rapporterats i utvecklingen eller progressionen av ARPKD [1–6,8–10].

Den fenotypiska presentationen av ARPKD är mycket varierande, där de som diagnostiseras tidigt i livet uppvisar en allvarligare njurfenotyp jämfört med de som vanligtvis diagnostiseras vid en högre ålder. Njurfenotypen inkluderar bildandet av cystor som finns inom de distala tubuli och uppsamlingskanaler i nefronet [1]. Som en konsekvens av cystautveckling utvecklar individer förstorade, ekogena njurar som innehåller dålig kortikomedullär differentiering, men behåller en typisk njurform [1,11]. På grund av de njurförändringar som uppstår på grund av ARPKD beskrivs njuren ofta ha ett "salt och peppar"-mönster vid ultraljud [12,13]. Njurfunktionen kommer successivt att försämras på grund av bildandet av makroskopiska cystor och interstitiell fibros och cirka 50 procent av patienterna kommer så småningom att gå vidare till CKD stadium 5 vid vuxen ålder.

öken cistanche fördelar

De mekanismer som ligger bakom bildandet av njurcystor i ARPKD är dåligt förstådda men de har bland andra föreslagna mekanismer associerats med ciliära defekter, därav karakteriseringen av ARPKD som en ciliopati [14-18]. Många sjukdomar där njurcystor också manifesterar sig, såsom nefronoftis, Jouberts syndrom och Bardet-Biedls syndrom, orsakas av mutationer i gener vars proteiner antingen lokaliseras till eller kräver primära cilier för signalering [15,16]. ARPKD orsakas av mutationer i polycystisk njur- och leversjukdom 1 (PKHD1) eller mindre vanligt i DAZ-interagerande zinkfingerprotein 1 (DZIP1L) [17–20]. Dessa gener kodar för Fibrocystin (FPC) respektive DZIP1L, som båda lokaliseras till cilia [17-19]. FPC:s funktioner är inte helt förstått. Men på grund av sin ciliära lokalisering och strukturella homologi kan det fungera som ett ciliärt receptorprotein, medan DZIP1L lokaliseras till den ciliära övergångszonen, där den spelar en roll för att transportera genprodukter till ciliäraxonemet [17-19]. Liksom ARPKD, autosomal dominant polycystisk njursjukdom (ADPKD), en annan polycystisk njursjukdom men med dominant nedärvning, orsakas av mutationer i PKD1 och PKD2 som kodar för proteinerna Polycystin 1 (PC1) och Polycystin 2 (PC2) som bildar ett komplex som lokaliseras till primära cilier [1,14–16]. PC2 är en jontransportör och interaktioner mellan FPC och PC2 har visats förekomma i flimmerhåren, där de två proteinerna bildar ett komplex och driver PC2-kanalaktivitet [14,21]. Den exakta betydelsen av detta förhållande i manifestationen av PKD är dock okänd eftersom förlust av PC2-bindningsdomänen i FPC inte orsakade PKD hos möss [14]. FPC och PC1 verkar inte delta i liknande genetiska vägar enligt RNA-sekvenseringsexperiment utförda i murina modeller [22]. Emellertid har digeniska möss och råttor med mutationer i både Pkhd1 och Pkd1 en snabbare och allvarligare manifestation av PKD, vilket framhäver en synergistisk effekt mellan dessa två gener [14,22]. Även om förlusten av FPC-uttryck inte påverkade uttrycket eller lokaliseringen av PC1/PC2-komplexet, är det fortfarande möjligt att PC1, PC2 och FPC tillhör interagerande genetiska vägar, där ciliäravdelningen framhävs som ett vanligt dysregulerat mål i murina modeller med mutationer i Pkd1 eller Pkhd1 [14,22]. Förlust av DZIP1L rapporteras hämma lokaliseringen av PC1 och PC2 till ciliäraxonemet [17]. Detta resulterar i sin tur i ackumulering av PC1 och PC2 i den ciliära basalkroppen/övergångszonen [17]. Intressant nog har ingen interaktion mellan de två ARPKD-generna PKHD1 och DZIP1L upptäckts [17]. Således, även om ARPKD visar likheter med ADPKD, med dysreglerade ciliära vägar, proliferation, apoptos och vätskesekretion observerad i båda, har de distinkta histopatologiska egenskaper och cellulära egenskaper [1,14-16]. Ett exempel på dessa skillnader är den dysreglerade icke-kanoniska Wnt/Planar Cell Polarity (PCP)-signaleringen, rapporterad i ARPKD [23] men inte ADPKD, vilket tyder på att även om polycystiner, FPC och DZIP1L kan interagera och har funktioner relaterade till cilier, dessa funktioner konvergerar inte nödvändigtvis.

Denjurskadasom kan uppstå från ARPKD är inte det enda symtomet på sjukdomen, med en extrarenal indikation på hypertoni och leverdefekter, även om det senare inte alltid leder till uppenbara kliniska symtom [1,8,11,24]. Individer med en neonatal presentation av ARPKD kan uppvisa oligohydramnios, vilket kan ge upphov till manifestationen av Potters syndrom [1]. Potters syndrom är associerat med pulmonell hypoplasi, karakteristiska ansiktsdrag och ryggrads-, lem- och fotdefekter [1]. Död på grund av lungbesvär kan också uppstå under neonatalperioden [1,24]. Leverfenotypen bildas på grund av missbildningar i duktalplattan tidigt i utvecklingen och ger upphov till senare uppkomst av medfödd leverfibros [1,8,24]. Flera potentiellt dödliga komorbiditeter är associerade med leverpresentation och inkluderar portalhypertoni, variceal blödning, esofagusvariation, kolangit och hypersplenism [1,8,24].

cistanche hälsofördelar: behandling av kroniska njursjukdomar

2. PKHD1 och DZIP1L - de två nyckelgenerna i ARPKD

PKHD1 är en gen som finns i kromosom 6p12 och den består av totalt 86 exoner [19,20,25]. Genen översätter flera proteinisoformer av varierande storlek, vars funktionella roller inte är helt klarlagda [26-28]. Den längsta öppna läsramen för PKHD1 är 67 exoner lång och kodar för proteinet FPC [18,19]. Uttrycket av PKHD1 tycks inte bara vara vävnadsspecifikt utan också celltypsspecifikt, och observeras oftast i ductalcellerna i njuren (uppsamlingskanalen), levern (gallgången) och bukspottkörteln (bukspottkörtelns öar) och deras prekursorer under utvecklingen [18,27–29]. FPC kan spela en viktig roll i utvecklingen av andra organ också, såsom lungan [26,28]. Isoformer av FPC uttrycks i olika subcellulära fack, inklusive de primära flimmerhåren, plasmamembranet, cytoplasman, endoplasmatisk retikulum och Golgi [18,27,29-31].

FPC är ett 4074 aminosyror långt protein, innefattande två kärnkomponenter [19,20] (Fig. 1). Den första kärnkomponenten i FPC är en stor extracellulär domän som omfattar den N-terminala regionen och innehåller flera domäner av intresse, såsom IPT, G8 och Parallel Beta Helices [18,19,32]. Den andra kärnkomponenten är en mycket kortare intracellulär C-terminal domän med en cilia-lokaliseringssekvens, som kan driva interna protein-protein-interaktioner som den med PC2 och den kan frigöras för ett för närvarande okänt ändamål efter Notch-liknande proteolytisk klyvning [ 21,30,33–35]. Den exakta funktionen av proteinet är för närvarande okänd. Men på grund av sin form och lokalisering antas det spela rollen som ett receptorprotein och kan vara involverat i att kontrollera ductal cellbildning, proliferation, apoptos, adhesion och signalering [18–21,23,30,33,35– 37].

ARPKD:s manifestation orsakad av mutationer i PKHD1 är mycket varierande men den är vanligtvis associerad med både njur- och leversjukdom. Svårighetsgraden avnjuresjukdomär ofta relaterad till dödsåldern/diagnos, där perinatal död är den allvarligaste sjukdomspresentationen [3–6,8–10,38–42]. Det finns för närvarande inget känt samband mellan presentationen av allvarliganjuresjukdomoch svår leversjukdom [8]. De flesta individer som uppvisar allvarlig njursjukdom, förutsatt perinatal överlevnad, kommer också att utveckla en allvarlig leverfenotyp [8]. Men kombinationer av svåranjuresjukdommed mild leversjukdom, mild njursjukdom med svår leversjukdom och både mild njur- och leversjukdom har rapporterats [8]. Vad som ger upphov till denna variation är inte helt förstått. Ändå har en trend identifierats mellan sjukdomens svårighetsgrad (perinatal död vs perinatal överlevnad) och typen av mutationer som bärs av en individ [3-6,8,9,38,41]. Närvaron av två trunkerande mutationer är associerad med den mest allvarliga fenotypen. Däremot var närvaron av två missense-mutationer eller en missense-mutation ärvd vid sidan av en trunkering i allmänhet associerad med en mindre allvarlig fenotyp [3-6,8,9,38,41]. Vissa missense-mutationer har kopplats till en övervägande allvarlig fenotyp, men det finns inget konkret samband mellan en mutations lokalisering inom PKHD1 och sjukdomens svårighetsgrad [3-6,8,38,42]. Det finns inte heller något definitivt samband mellan mutationstyp och om en individ kommer att ha en dominant leverfenotyp [5].

I ARPKD är de flesta mutationer spridda i den extracellulära regionen av FPC utan klustring inom specifika regioner av FPC som relaterar till en specifik fenotyp [3-8,40]. Att fastställa ett samband mellan en individs mutationer och deras sjukdomspresentation kompliceras av den låga frekvensen av de flesta mutationer och den recessiva karaktären av nedärvning [3,4,6,8]. Detta hämmas ytterligare av den komplexa naturen hos PKHD1-uttryck, vår brist på förståelse för proteinstrukturen/funktionerna hos FPC och intrafamiliell variabilitet [3-5,7,8,26]. Vissa mutationer har en högre förekomst i populationen, av vilka några tillskrivs grundareffekter [2–7,9,10,38,41–43]. Mutationen T36M har den högsta kända förekomsten och står för cirka 20 procent av alla ARPKD-fall och är vanligtvis associerad med en allvarlig fenotyp [3,5,6,38,40,41,44,45]. Den första exonscreeningsalgoritmen föreslogs av Bergmann och kollegor [45] och de fann att när de screenade deras topp 9 exonfragment kunde de upptäcka 50 procent av alla mutationer inom sin kohort. Deras detektionseffektivitet kan utökas till uppskattningsvis 80 procent när de täcker deras 27 bästa exoner [45]. En vanlig förekomst inom många av dessa exonprofiler är närvaron av de tre största exonerna (exonerna 32, 58 och 61) samt exon 3, där T36M-mutationen inträffar [9,10,39,44,45]. Liknande resultat har setts i andra publikationer men med varierande exonfrekvenser och procentuell täckning och kan tyda på en skillnad i mutationsfördelning efter population, vilket ses i de spanska, holländska, italienska och omanska kohorterna [9,10,39,44].

cistanche tubolosa hälsofördelar: förbättra njurfunktionen

Dessutom, även om det hittills inte finns någon känd FPC-hotspot associerad med sjukdomsutfall, har några studier försökt identifiera mönster mellan positionen för mutationer på PKHD1 och sjukdomens svårighetsgrad [3,6,43,46]. Mutationer inom området 700–2000 aminosyror på FPC har föreslagits orsaka en mildare njurfenotyp jämfört med de med mutationer i andra regioner av FPC [6,46]. Vidare kan individer med mutationer kring FPC-aminosyrorna 2600–4074 utveckla en mer framträdande leverfenotyp [43,46]. Men ytterligare forskning behövs för närvarande för att bekräfta dessa samband. Den faktiska förekomsten av kedjeavslutande mutationer kontra missense-mutationer är för närvarande okänd, med ett brett spektrum av variationer registrerade mellan studier [3,4,6-8,38,41]. Studier med svårare njurpatienter har en mer signifikant andel kedjeavslutande mutationer [4,7,8]. Trots förbättringar i den genetiska diagnosen av ARPKD-patienter kan inte alla mutationer identifieras. Vissa ARPKD-patienter kan ha mutationer inom introniska regioner, splitsningsställen eller regulatoriska regioner [5,10,39–42,47]. Vissa individer kan ha storskaliga förändringar i strukturen av PKHD1, så att standardsekvenseringstekniker inte upptäcker dem [9,10,39]. Ämnet blir ytterligare komplicerat av ARPKD-fenokopier, mutationer i andra modifierande gener eller felaktiga diagnoser.

Mutationer i DZIP1L har endast identifierats hos ett litet antal individer med måttlig ARPKD [17]. Även om njurmanifestationen förknippad med mutationer i DZIP1L är bättre karakteriserad, är vår förståelse av effekten av DZIP1L-mutationer och deras förmåga att orsaka en leverfenotyp inte lika tydlig. Möss som bär mutationer i Dzip1l visar ductal plate missbildningar men saknar allvarligare leverdefekter [17]. Frånvaron av sådana defekter har föreslagits vara ett resultat av den tidiga döden av mössen [17]. Dessutom rapporteras endast en liten kohort av ARPKD-patienter ha mutationer i DZIP1L och av kohorten som studerades i [17], hade endast en patient rapporterat leverdefekter vid tidpunkten för studien.

3. Fenokopier, modifierande gener och det komplexa landskapet av sjukdomsmekanismer

Det blir alltså uppenbart av ovanstående att ett komplext landskap växer fram i ARPKD. ARPKD-fenokopier har identifierats i olika modellsystem, varav de mest framträdande är associerade med tidig ADPKD [48-50]. ADPKD är dock inte den enda rapporterade instansen av ARPKD-fenokopiering, med Nephronophthisis, HNF-1 och mer nyligen CYS som rapporterats [48,49,51]. Dessutom är det möjligt för mutationer i PKHD1 att fenokopiera andra ciliopatier, framför allt har PKHD1-mutationer rapporterats hos ADPKD-patienter som saknar mutationer i PKD1 och PKD2, vilket tyder på ett komplext samband mellan de olika generna, mutationer som ger upphov till ciliopatier [52 ,53].

Rollen av genetiska modifierare har också nyligen dykt upp, med arbete från vårt labb som identifierar ATMIN som en potentiell modifierare av ARPKD [23]. Admin är ett DNA-skaderesponsprotein som också kan fungera som en transkriptionsfaktor [54]. ATM har visat sig reglera uttrycket av DYNLL1 genom en negativ återkopplingsslinga där ATMIN direkt binder till DYNLL1-promotorregionen och när DYNLL1 når ett satt tröskelvärde hämmar bindningen av DYNLL1 direkt till ATMIN ATMINs förmåga att binda till DYNLL1-promotorn [55 –57]. ATMIN DYNLL1-relationen har visat sig vara viktig för vävnadsutveckling och kan spela en roll i ciliabildning [58]. Admin har också visat sig vara viktig för musnjurutveckling genom att modulera Wnt-signalering [59]. Adminmodulering påverkade Pkhd1 och påverkade cellulär proliferation och adhesion, vilket ledde till defekt icke-kanonisk Wnt/Planar Cell Polarity (PCP)-signalering i ARPKD [23]. Mekanismerna för Admin-Pkhd1-interaktionen kan involvera genetiska eller andra intermediära proteininteraktioner eller transkriptionella/translationella regleringsprocesser eftersom Admin inte direkt binder till C-terminalen av Fibrocystin [23]. AtminGpg6-musen, som fenokopierar ARPKD genom att visa en njur-, lever- och lungfenotyp kan visa sig vara ett användbart verktyg för att bättre förstå sjukdomsmekanismer och rollen av genetiska modifierare i ARPKD [23,58,59]. Det bör noteras att i djurmodeller verkar den genetiska bakgrunden också påverka svårighetsgraden av cystisk njursjukdom [60], vilket gör tolkningen av resultat svårare. HNF-1 är en annan kandidatmodifieringsgen i ARPKD som kan orsaka tidig diabetes hos unga (MODY5) och medfödd njurcystautveckling och kan fenokopiera ARPKD [48,49]. Dessutom utvecklar transgena möss med mutationer i Hnf1 njurcystor och Hnf1 har visats transkriptionellt reglera Pkhd1 [61,62]. Förlust av Hnf1 eller dess C-terminal resulterar i nedreglering av Pkhd1 i transgena möss, vilket belyser likheter i de molekylära vägarna för bildning av njurcystor i de två sjukdomarna [61,62].

Dessutom har flera signalvägar identifierats vara felreglerade i ARPKD och dessa har granskats utmärkt i [14,23,63]. Vårt eget arbete har avslöjat en framväxande roll för icke-kanonisk Wnt/PCP-signalering i ARPKD [23]. Signifikant ökat WNT5A-, VANGL2- och SCRIBBLE-uttryck observerades i ARPKD-njurar jämfört med åldersmatchade friska kontroller, vilket tillsammans med en slående ökning av E-cadherin, pekar mot en viktig roll för icke-kanonisk Wnt-signalering i ARPKD. Ytterligare arbete utförs för närvarande för att noggrant dissekera dessa funktioner och bestämma händelsehierarkin.

cistanche testosteron: behandla njursjukdom

4. Slutsats

Eftersom ARPKD är en sällsynt sjukdom med komplexa och olika orsaksmekanismer och en sjukdomsincidens som varierar mellan populationer, är det viktigt att väldesignade och lämpligt kontrollerade longitudinella studier genomförs för att fullt ut kunna dissekera sjukdomsmekanismer och påverka diagnosen, prognos och behandling. ARPKD-djurmodeller kan avsevärt hjälpa till i denna riktning även om det för närvarande inte finns en djurmodell som helt återskapar ARPKD, vilket innebär att dessa modeller är ovärderliga för att informera om sjukdomsmekanismer, deras tillämpning måste testas i mänskliga studier. Även om man tror att det inte finns någon signifikant köns- eller etnicitetsbias i ARPKD, måste studier med ett stort antal och mångfald av deltagare genomföras för att denna fråga ska få ett heltäckande svar. Den ökande förekomsten av nationella och internationella register för sällsynta sjukdomar skulle kunna hjälpa till att överbrygga denna klyfta i datainsamling och det skulle också kunna hjälpa till vid utformningen av longitudinella studier som informerar ARPKD-prognos och hjälper till med personliga medicinska metoder. Data som samlas in för register och biobanker bör ändå vara homogen och enhetlig användbar så att den följer standarder som i efterhand kan möjliggöra datadelning och potentiell sammanslagning av dessa databaser. Stor vikt bör läggas vid samverkande nätverk inom och mellan länder och kontinenter, för att kunna kombinera all data om ARPKD och uppnå den kraft i antal som en så sällsynt sjukdom kräver. Kunskapsöverföring från andra liknande sällsynta sjukdomar som Nephronophthisis, skulle kunna underlätta en bättre förståelse av sjukdomsmekanismer och minimera feldiagnoser. Prioritet bör också ges till prediktorer för sjukdomsprogression och identifiering av nya biomarkörer som inte bara kan informera om ARPKD-progression utan även behandling. Det finns många utmaningar förknippade med att arbeta med en sällsynt sjukdom, men ändå har en god utgångspunkt uppnåtts i ARPKD och med kollektiva åtgärder kan framsteg i ARPKD-diagnostik, prognos och behandling mycket väl vara i sikte.

Anmälan om konkurrerande intresse

Taylor Richards rapporterar att ekonomiskt stöd gavs av PKD välgörenhet i Storbritannien. Paraskevi Goggolidou rapporterar att ekonomiskt stöd gavs av PKD Charity UK. Paraskevi Goggolidou rapporterar att ekonomiskt stöd gavs av Institutet för biomedicinsk vetenskap.

Erkännanden

PG och TR finansieras av PKD välgörenhet UK (bidragsreferens: S). PG har fått finansiering från Institutet för biomedicinsk vetenskap.

Från: 'The genetics of Autosomal Recessive Polycystic Kidney Disease' avParaskevi Goggolidou *, Taylor Richards

---BBA - Molecular Basis of Disease 1868 (2022) 166348