ManNAc, нова терапія для мінімальної нефропатії ураження клубочків

Лайонел Клемент * і Каміль Маке **

Лабораторія терапії хвороб клубочків, медицина/відділення нефрології, університет штату Алабама, Бірмінгем, бульвар університету 1900, THT 611N, Бірмінгем, AL 35294, США

Терапія, яка в даний час застосовується при мінімальній нефропатії ураження клубочків (LGM), є лише частково ефективною і має значні побічні ефекти. Була розроблена нова тваринна модель, що демонструє кілька характеристик людського LGM. Показано, що дефект сиалілювання білка Angptl4 бере участь у розвитку протеїнурії. У цій моделі Angptl4 надмірно експресується в подоциті, який в основному виділяє білок у гіпосіалізованій формі. Доповнюючи цих тварин ManNac, попередником сиалової кислоти, частково відновлюється сіалілювання Angptl4 і значно зменшується їх протеїнурія. Тому терапія ManNAc видається багатообіцяючою і може застосовуватися на додаток до глюкокортикоїдів у пацієнтів з ЛГМ.

Сучасна терапія, що застосовується при захворюваннях із мінімальними змінами (МКР), спочатку була розроблена для лікування інших хвороб. Вони лише частково ефективні та мають незручні побічні ефекти. Отже, розуміння молекулярних механізмів, пов’язаних із патогенезом протеїнурії при МЦД, може призвести до нових терапевтичних стратегій. Створено нову експериментальну трансгенну модель щурячого МЦД людини. Ці трансгенні щури NPHS2-Angptl4 надмірно експресують дві різні форми глікопротеїну Angptl4 з подоцита. Більшість білків демонструє відсутність сиалілювання, що пов’язано з патогенезом протеїнурії. Добавка ManNAc, попередника сиалової кислоти, значно зменшує альбумінурію у цих щурів, посилюючи сиалілювання гіпосіалільованої форми Angptl4. Після лікування першого епізоду МЦД глюкокортикоїдами у пацієнтів ManNAc можна використовувати як підтримуючий препарат, особливо для зменшення частоти та інтенсивності рецидивів. ManNAc є перспективним терапевтичним засобом для пацієнтів з МЦД.

mannac

Сучасна терапія при мінімальній нефропатії ураження клубочків

Нова модель дослідження для LGM: трансгенні щури NPHS2-Angptl4

З метою вивчення молекулярних механізмів, що беруть участь у розвитку протеїнурії, що спостерігається під час ЛГМ, ми розробили нову тваринну модель трансгенних щурів, в якій ген ангіопоетин-подібний-4 (Angptl4) знаходиться під контролем промотору подоцину (ген NPHS2) 3. Angptl4 - секретується глікопротеїн, який належить до сімейства ангіопоетиноподібний білка. Він відіграє роль у патогенезі протеїнурії при ЛГМ [1, 5] (→).

(→) Див. Новелу К. Маке та Л.К. Клемента, РС n ° 6-7, червень-липень 2014 р., сторінка 605

Щури NPHS2-Angptl4 не є ідеальною моделлю. У цій моделі насправді не виявлено певних компонентів людського LGM: гіперліпідемія, вибухова протеїнурія (вона поступова) та чутливість до глюкокортикоїдів. Експресія Angptl4 у цих тварин контролюється промотором подоцину на рівні подоцитів, але це не регулюється глюкокортикоїдами. Крім того, на цій моделі трансгенних щурів досі не було опубліковано жодного дослідження набряків.

Дефект сиалілювання Angptl4, відповідальний за протеїнурію

Дослідження Angptl4, секретованого на рівні подоцита трансгенних щурів NPHS2, дозволило продемонструвати існування двох форм білка: форми, яка є переважною, позитивно зарядженою і яка мігрує у високій ізоелектричній точці. ( pI 8,0-8,5); форма меншості, яка є нейтральною і мігрує з пі-коефіцієнтом між 6,0 і 7,0. Ці дві форми відрізняються за ступенем сиалілювання. Форма меншості фактично є сіалільованою, більшість - гіпосіалільованою. Походження цього дефекту сіалілювання може полягати в тому, що Angptl4 конститутивно виражений порівняно слабо в нирках. Тому подоциту потрібна лише невелика кількість сиалової кислоти, щоб сіалілювати цей білок. На відміну від цього, у випадку LGM, продукція Angptl4 значно збільшується (збільшення експресії месенджерської РНК у 70 разів) [1]. Отже, подоцит не має достатньої кількості сиалової кислоти, щоб сіалілювати всі нещодавно утворені Angptl4; отже, він виділяє більшість Angptl4, який міститься у гіпосіалільованій формі.

Альбумінурія у трансгенних щурів NPHS2-Angptl4, оброблених ManNAc (оброблена група) чи ні (контрольна група) протягом 12 днів, потім підданих дії води протягом 24 днів (фаза промивання). Значення виражаються у відсотках від базальної альбумінурії (позначається як 100%). ManNAC: N-ацетилманнозамін. * Статистично значущий. НС: не суттєво.

Тому ми показали, що в моделі LGM гіпосіалільована форма Angptl4 може бути відповідальною за розвиток спостерігається протеїнурії. У моделі позамембранного гломерулонефриту (ГЕМ) гіпосіалільована форма Angptl4 не задокументована, збільшення експресії генів Angptl4 є лише помірним та тимчасовим і не відповідає профілю протеїнурії (Малюнок 2) [1]. В інших моделях нефротичного синдрому (таких як ураження мезангії, FSGS [вогнищевий сегментарний гломерулосклероз] з розпадом флокуля, також званий формою з " руйнується "), Ми не спостерігали жодних змін у вираженні Angptl4 (Малюнок 2), ні його гіпосіалільованої форми. Тому в цих моделях інші фактори відповідають за розвиток протеїнурії.

Змінена гломерулярна експресія Angptl4 у щурячих моделей LGM. Пуроміциновий нефрит (пуроміциновий нефроз, PAN), GEM або нефрит Геймана (пасивний нефрит Геймана, PHN), нефрит антитіла Thy1.1 (ураження мезангії) (нефрит проти Thy1.1) та ВІЛ-незалежний колапсисний нефрит або FSGS (вогнищевий сегментарний гломерулосклероз) з розпадом флокуля або так званою формою з " руйнується ". Межею значимості є фактор 3. D1, D3, D6 і D10 представляють дні 1, 3, 6 і 10 після індукції моделі. Значення, зазначені над стовпчиками, представляють середні значення індукції експресії мРНК Angptl4. LCM: мікродисекція лазерного захоплення.

ManNAc, можливий терапевтичний засіб для LGM

The ManNAC (НЕ-ацетилманнозамін) є попередником усієї фізіологічної сіалової кислоти, яка є важливою для багатьох функцій клітин, включаючи сіалілювання білка. Сіалілювання білків є природною подією в клітинах людини. Це дозволяє переробляти значну частину містяться в них сіалової кислоти, що значно зменшує потребу в синтезі de novo [10]. У людини ManNAc перетворюється на кислоту НЕ-ацетилнейрамінова (NANA/Neu5A), яка є переважною формою сіалової кислоти, яка буде використовуватися для сіалілювання білка [11]. NANA в організмі людини синтезується з глюкози, але їх раціон не є джерелом, оскільки їх їжа тваринного походження відсутня. Насправді тварини перетворюють за допомогою ферменту гідроксилази NANA, NANA в НЕ-гліколілєврамінова кислота (NGNA/Neu5Gc). Через делецію/зміщення рамки зчитування екзону цей фермент не функціонує у людини [10], тому NGNA/Neu5Gc не вбудовується в білки людини.

Декілька характеристик ManNAc роблять його добрим кандидатом для сиалілювання білка Angptl4 [13]. Дійсно, через свій нейтральний заряд ManNAc легко перетинає клітинну мембрану. Потім він перетворюється в сіалову кислоту, а потім вбудовується в глікопротеїни, такі як Angptl4 [1]. Обмежувальний етап біосинтетичного шляху сиалової кислоти каталізується GNE (UDP-N-ацетилглюкозамін-2-епімераза /НЕ-ацетилманнозамінкіназа) [14] (Малюнок 3). ManNAc включений після цього обмежувального етапу. Це дозволяє уникнути обмежень біосинтезу в періоди високого попиту на сиалову кислоту. На відміну від більшості інших клітин людського тіла, поділ подоцитів є дуже рідкісним, що робить можливим накопичення ManNAc. Отже, можлива терапія ManNAc вимагає меншої пероральної дози порівняно з іншими методами лікування, які спрямовані на поділ клітин. Нарешті, ManNAc, що вводиться всередину, фільтрується. Він контактує з подоцитами і швидко виводиться із сечею (90% виводиться протягом 4 годин) [15], що обмежує можливі явища токсичності.

Синтез сіалової кислоти з глюкози та включення у глікопротеїни. Екзогенно введений ManNAc потрапляє в біосинтетичний шлях після граничного етапу, каталізованого UDP-НЕ-ацетилглюкозамін-2-епімераза /НЕ-ацетилманнозамінкіназа (GNE) (за Chugh SS, Macé C, Clément LC, та ін. [20].) CMP: цитидинмонофосфат; CTP: цитидин трифосфат; PPi: пірофосфат; Pi: неорганічний фосфат; PEP: фосфоенолпіровиноградна кислота.

В епізодах високої продукування Angptl4, таких як LGM, подоцити виділяють комбінацію сіалізованого та гіпосіалізованого Angptl4. Тому доповнення ManNAc дозволить людям синтезувати NANA і тим самим усунути дефект сиалілювання білка Angptl4. У часи високого попиту органи з дуже активним шляхом біосинтезу сиалової кислоти, такі як печінка та жирова тканина, виділяють сиалільований Angptl4 у кров. Це периферійне утворення сиалізованого Angptl4 має тенденцію до зменшення протеїнурії. Однак його побічним ефектом є збільшення рівня тригліцеридів [16].

Аналіз гена, що кодує Angpt14, виявляє існування двох мотивів зв'язування для кортикостероїдів: один на рівні 3 'нетранслируемой області (3' UTR), що призводить до збільшення його експресії, а інший у менш чітко визначеній області промотору, що призводить до зниження експресії. Отже, ефект кортикостероїдів залежить від структури, до якої вони будуть зв’язуватися, а також від органу, в якому це зв’язування відбуватиметься.

Висновок

Білок Angptl4 бере участь у патогенезі протеїнурії у людини та експериментальних LGM. Його гіпосіалільована форма індукує протеїнурію, коли вона секретується в подоциті. Проте дефект сиалілювання може бути виправлений за допомогою добавки ManNAc, попередника сиалової кислоти.

Найближчим часом Angptl4 може бути використаний як біомаркер для LGM, через виявлення його гіпосіалільованої форми в сечі пацієнтів. Терапевтична стратегія, заснована на сиалілюванні, пропонує перспективні перспективи в лікуванні поширених форм протеїнурії при хронічних захворюваннях нирок. Ця нова терапія може бути використана для лікування рецидивів у пацієнтів. Крім того, це може запобігти повторному та тривалому впливу глюкокортикоїдів та їх побічних ефектів.

Посилання, що цікавлять

Автори заявляють, що не мають ніякого інтересу стосовно даних, опублікованих у цій статті.

Нефротичний синдром припускає наявність ураження клубочків, найчастіше імунологічного походження. Витік білків (протеїнурія) зумовлений підвищеною проникністю базальної мембрани клубочків.

Система ренін-ангіотензину вважається гормональною системою: циркулюючий ренін із ниркових юкстагломерулярних клітин діє на ангіотензиноген, що виробляється печінкою, для отримання ангіотензину I. Цей ангіотензин I, у свою чергу, перетворюється в легеневий та циркулюючий ендотеліальний ангіотензин, перетворюючи фермент. Потім ангіотензин II розподіляється по органах через кровотік і викликає фізіологічні реакції. Ця система (система зовнішнього ангіотензину реніну) відповідає за основні фізіологічні реакції.

Подоцин відіграє головну роль у клубочкової фільтрації. Він локалізується в подоцитах.

Подоцити - це клітини, що складають внутрішній шар ниркових клубочків. Вони оточують клубочкові судини і беруть участь у формуванні клубочкового фільтра, який фільтрує кров капілярів клубочків, утворюючи ультрафільтрат.

Ізоелектричною точкою є значення рН, для якого транспорт білка в електричному полі дорівнює нулю, тобто рН, для якого він є електрично нейтральним.

Список літератури

  1. Clement LC, Avila-Casado C, Macé C, et al. Подоцит-секретується ангіопоетин-подібний-4 опосередковує протеїнурію при чутливому до глюкокортикоїдів нефротичному синдромі. Nat Med 2011; 17: 117–122. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  2. Nachman PH, Jennett JC, Falk RJ. Первинне захворювання клубочків. У: Taal MW, Chertow GM, Marsden PA, et al., ред., Нирка 9-е вид. Філадельфія: Elsevier, 2012: 1100–1191. [Google Scholar]
  3. Faul C, Donnelly M, Merscher-Gomez S, et al. Актиновий цитоскелет підоцитів нирок є безпосередньою мішенню антипротеїнуричного ефекту циклоспорину А. Nat Med 2008; 14: 931–938. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  4. Мюллер-Діле Дж., Шиффер М. Подоцитозна терапія нефротичного синдрому - чи можна вивести навиворіт? Педіатр Нефрол 2015; 31: 393–405. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Macé C, Clément LC. Залучення Angptl4 до нефротичного синдрому. Med Sci (Париж) 2014; 30: 605–607. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  6. Brideau G, Doucet A. Надмірна експресія аденозиндезамінази в подоцитах миші не змінює резистентність до амінонуклеозидів до пуроміцину. BMC Nephrol 2010; 11:15 [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Zhang H, Schin M, Saha J, et al. Подоцитоспецифічна надмірна експресія GLUT1 напрочуд зменшує розширення мезангіального матриксу при діабетичній нефропатії у мишей. Am J Physiol Renal Physiol 2010; 299: F91 - F98. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  8. Michael AF, Blau E, Vernier RL. Клубочковий поліаніон. Зміна при амінонуклеозидному нефрозі. Lab Invest 1970; 23: 649–657. [Google Scholar]
  9. Майнер Дж. Клубочкова фільтрація: дебати про звинувачення звинувачуються вперед. Kidney Int 2008; 74: 259-261. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  10. Bertozzi CR, Freeze HH, Varki A, Esko JD. Глікани в біотехнологіях та фармацевтичній промисловості. У: Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al., ред., Основи глікобіології, 2-е вид. Нью-Йорк: Cold Spring Harbor Press, 2009: 719–732. [Google Scholar]
  11. Varki A, Schauer R, Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al. Сіалові кислоти. Основи глікобіології, 2-е вид. Нью-Йорк: Cold Spring Harbor Press, 2009: 199–217. [Google Scholar]
  12. Chou HH, Takematsu H, Diaz S, et al. Після дивергенції Homo-Pan відбулася мутація гідроксилази CMP-сіалової кислоти людини. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 11751–11756. [CrossRef] [Google Scholar]
  13. Chugh SS, Clement LC, Macé C. Нове розуміння хвороби мінімальних змін у людини: уроки на моделях тварин. Am J Kidney Dis 2012; 59: 284–292. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  14. Лучанський С.Й., Ярема К.Й., Такахаші С., Бертоцці Ч.Р. 2-епімераза GlcNAc може виконувати катаболічну роль в метаболізмі сиалової кислоти. J Biol Chem 2003; 278: 8035–8042. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  15. Malicdan MC, Noguchi S, Hayashi YK та ін. Профілактичне лікування метаболітами сиалової кислоти виключає розвиток міопатичного фенотипу на моделі миші DMRV-hIBM. Nat Med 2009; 15: 690–695. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  16. Clement LC, Macé C, Avila-Casado C, et al. Циркулюючий ангіпопоетиноподібний 4 пов'язує протеїнурію з гіпертригліцеридемією при нефротичному синдромі. Nat Med 2014; 20: 37–46. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  17. Koliwad SK, Kuo T, Shipp LE та ін. Ангіопоетиноподібний 4 (ANGPTL4, індукований натщесерце жировий фактор) є безпосередньою мішенню для глюкокортикоїдних рецепторів і бере участь у метаболізмі тригліцеридів, регульованому глюкокортикоїдами. J Biol Chem 2009; 284: 25593–25601. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  18. Koskimies O, Vilska J, Rapola J, Hallman N. Довготривалий результат первинного нефротичного синдрому. Arch Dis Child 1982; 57: 544–548. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  19. Tarshish P, Tobin JN, Bernstein J, Edelmann CM Jr. . Прогностичне значення раннього перебігу нефротичного синдрому мінімальних змін: звіт Міжнародного дослідження захворювань нирок у дітей. J Am Soc Nephrol 1997; 8: 769–776. [PubMed] [Google Scholar]
  20. Chugh SS, Macé C, Clément LC та ін. Ангіопоетиноподібні 4 препарати на основі протеїнурії та хвороб нирок. Front Pharmacol 2014; 5:23 [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]

Список малюнків

Альбумінурія у трансгенних щурів NPHS2-Angptl4, оброблених ManNAc (оброблена група) чи ні (контрольна група) протягом 12 днів, потім підданих дії води протягом 24 днів (фаза промивання). Значення виражаються у відсотках від базальної альбумінурії (позначається як 100%). ManNAC: N-ацетилманнозамін. * Статистично значущий. НС: не суттєво.

Змінена гломерулярна експресія Angptl4 у щурячих моделей LGM. Пуроміциновий нефрит (пуроміциновий нефроз, PAN), GEM або нефрит Геймана (пасивний нефрит Геймана, PHN), нефрит антитіла Thy1.1 (ураження мезангії) (нефрит проти Thy1.1) та ВІЛ-незалежний колапсисний нефрит або FSGS (вогнищевий сегментарний гломерулосклероз) з розпадом флокуля або так званою формою з " руйнується ". Межею значимості є фактор 3. D1, D3, D6 і D10 представляють дні 1, 3, 6 і 10 після індукції моделі. Значення, зазначені над стовпчиками, представляють середні значення індукції експресії мРНК Angptl4. LCM: мікродисекція лазерного захоплення.

Синтез сіалової кислоти з глюкози та включення у глікопротеїни. Екзогенно введений ManNAc потрапляє в біосинтетичний шлях після граничного етапу, каталізованого UDP-НЕ-ацетилглюкозамін-2-епімераза /НЕ-ацетилманнозамінкіназа (GNE) (за Chugh SS, Macé C, Clément LC, та ін. [20].) CMP: цитидинмонофосфат; CTP: цитидин трифосфат; PPi: пірофосфат; Pi: неорганічний фосфат; PEP: фосфоенолпіровиноградна кислота.

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.