Останні досягнення в епігенетиці вікових захворювань нирок Ⅱ

3.2. Змінений баланс модифікацій гістонів при вікових захворюваннях нирок

Геномна інформація еукаріотичних клітин в основному депонується в ядерному хроматині, який складається з ДНК, РНК, гістонів і негістонових білків [89,90]. Зокрема, хроматин демонструє два дуже різні стани: еухроматин і гетерохроматин [91,92], в якому перший нещільно упакований і транскрипційно активний, тоді як другий щільно упакований і менш транскрипційно активний. Октамер гістону складається з двох гетеродимерів гістонів H2A–H2B та одного тетрамеру H3–H4, який інкапсульований приблизно 147 bp ДНК для утворення нуклеосоми [93]. Гістони складаються з центрального глобулярного домену та гнучких заряджених N-кінцевих хвостів. Оскільки NH2-кінець гістонів тягнеться від ядра та містить специфічні амінокислотні залишки, вони дуже сприйнятливі до багатьох типів посттрансляційних модифікацій, таких як ацетилювання, фосфорилювання, убіквітування, SUMOylation та метилювання, що впливає на їхню функцію [91,94]. ,95]. Слід зазначити, що модифікації гістонів можуть безпосередньо впливати на структуру хроматину, запобігаючи зв’язуванню факторів транскрипції з їхніми специфічними сайтами зв’язування або змінюючи взаємодію між хвостами гістонів і нуклеосомною ДНК, які відіграють критичну роль у регуляції експресії генів [96,97]. Наприклад, низка загальногеномних досліджень показала, що модифікації гістонів у певній геномній ділянці можуть сприяти змінам у структурі хроматину, що призводить або до активації, або до репресії специфічної експресії генів [98–100].

НАТИСНІТЬ ТУТ, ЩОБ ОТРИМАТИ CISTANCHE ДЛЯ ПРОФІЛАКТИКИВІКОВІ ХВОРОБИ НИРОК

Повідомлялося, що зміни модифікації гістонів впливають на широкий спектр біологічних процесів (наприклад, клітинний ріст, клітинну диференціацію, метаболізм треоніну та запалення [101–104]), які позитивно чи негативно впливають на розвиток старіння. Все більше доказів підтверджує ідею, що модифікації гістонів значно розширили наші знання щодо епігенетичних модифікацій експресії багатьох генів під час розвитку старіння нирок [105,106]. Коли мова йде про вікові захворювання нирок, найпоширенішим зареєстрованим і найкраще охарактеризованим типом модифікацій гістонів є ацетилювання/деацетилювання гістонів [107], які динамічно регулюються двома сімействами ферментів із протилежними ролями: гістонацетилтрансферазами (HATs) і гістондеацетилази (HDAC) [108]. Багато ознак ацетилювання на гістонах зазвичай зменшуються з віком, головним чином включаючи ацетилювання H3 на лізині 18, 27 і 56, а також масове ацетилювання H4, яке, як вважають, сприяє процесу старіння та розвитку вікових захворювань [109]. В даний час HDAC ссавців поділяють на чотири категорії відповідно до їх гомології з дріжджами [110], включаючи клас I (HDAC1, 2, 3, 8), клас II a (HDAC4, 5, 7 і 9), клас II b ( HDAC6 і 10), клас III (Sirtuins, Sirt1-7), клас IV (HDAC11), з яких HDAC класів I, II і IV залежать від Zn2+ як кофактора та чутливі до всіх HDAC інгібітори, тоді як HDAC класу III покладаються на NAD+ для своєї діяльності та нечутливі до класичних інгібіторів HDAC [111]. Як правило, HDAC можуть деацетилювати залишки лізину на хвостах гістонів, які відновлюють позитивні заряди гістонів хроматину, що призводить до конденсації хроматину та інгібування транскрипції генів. Нові дослідження показали, що аномальна експресія HDAC тісно пов’язана зі старінням нирок і віковими захворюваннями нирок [107,112]. Більше того, накопичені докази також свідчать про те, що інгібітори HDAC можуть вигідно модулювати процеси, пов’язані з віком, ймовірно, шляхом реверсії пов’язаного з віком деацетилювання хроматину, ацетилювання гістонів поблизу генів продовголіття, активації білків продовголіття та/або деактивації анти-довголіття. білки довголіття [109,113], які все ще потребують подальших досліджень.

Гістондеацетилаза 3 (HDAC3), член сімейства HDAC класу I, має вирішальне значення для ембріонального розвитку ссавців і процесу старіння. Аберантна активація HDAC3 тісно пов’язана з широким спектром захворювань людини, таких як рак [114], цукровий діабет [115,116], нейродегенеративні розлади [117] і ХХН [25]. Наприклад, виявлено, що NM_026333, нещодавно відкритий ген, що запобігає старінню, явно пригнічується в нирках трансгенними мишами з надлишковою експресією фактора зв’язку 6 (CF6) і мишами, які харчуються сіллю, і мають фенотипи, схожі на передчасне старіння. [118]. Ендогенна надмірна експресія NM_026333 або додавання рекомбінантного білка NM_026333 пом’якшує характеристики старіння клітин HEK-293, спричинені CF6- (наприклад, порушення аутофагії, геномну нестабільність та епігенетичні зміни) ) через скасування HDAC3-індукованої транскрипційної репресії 7 (Atg7), пов’язаної з аутофагією, що свідчить про те, що HDAC3 може прискорити старіння нирок шляхом порушення аутофагії [118]. Крім того, було показано, що HDAC3 інгібує транскрипцію Klotho, відомого білка, що запобігає старінню, при різних захворюваннях нирок, таких як ХХН [25] і фіброзні захворювання нирок [26]. Націлювання на втрату Klotho за допомогою інгібування HDAC3 може слугувати новою стратегією лікування ниркового фіброзу, а також перспективним терапевтичним потенціалом для зниження прогресування ХХН. Ці дослідження разом вказують на те, що аномальна активація HDAC3, ймовірно, сприяє розвитку пов’язаних із віком захворювань нирок, однак, чи може цільове інгібування HDAC3 пом’якшити старіння нирок, а також запобігти та лікувати вікові захворювання нирок, ще належить дослідити далі.

Sirts, консервативна родина, що складається з семи членів (Sirt1-7), належать до класу III NAD+-залежних HDAC, які розглядаються як клас критичних регуляторів старіння та метаболічних захворювань [119]. Сорочки широко експресуються в різних типах клітин нирок, деякі з яких, як було продемонстровано, уповільнюють старіння нирок. Експресія Sirt1 була значно знижена у старіючих нирках, що було пов’язано зі змінами в експресії різноманітних цільових молекул (наприклад, Klotho [120], коактиватора рецептора, що активується проліфератором пероксисом-1 (PGC{{8). }} ) [121], вилчаста коробка O3 (FOXO3) [121,122], АМФ-активована протеїнкіназа (AMPK) [123] і фактор, індукований гіпоксією-1 (HIF-1 ) [124] ). Наприклад, було виявлено, що подоцит-специфічне глушіння Sirt1 загострює віковий гломерулосклероз і альбумінурію [121]. Ендотеліальний дефіцит Sirt1 сприяє нефросклерозу через зниження регуляції матриксної металопротеїнази-14 (MMP-14), що в основному пов’язано зі старінням судин і фіброзом [125], тоді як фармакологічна активація Sirt1 значно зменшує патологічні зміни старіння у нирках через активацію AMPK і сигнального шляху PPAR [123]. Отже, Sirt1 розглядається як потенційна терапевтична мішень для лікування вікових захворювань нирок. Sirt3, критичний регулятор старіння клітин, пов’язаний з активацією ренін-ангіотензин-альдостеронової системи (РААС), яка, як повідомляється, відіграє важливу роль у старінні нирок. Попереднє дослідження показало, що цілеспрямований нокаут гена Agtr1a (Agtr1a−/−), який кодує рецептори Ang II типу 1 (AT1R), значно подовжує тривалість життя мишей, що пояснюється ослабленням окислювального стресу та активацією Nampt і Sirt3. [126].

Однак ще одне нещодавнє дослідження Uneda et al. повідомляє про суперечливі результати та вказує на те, що саме Sirt1, а не Sirt3, значно знижується в нирках старих мишей Agtr1a−/− [127]. Незважаючи на те, що критична функція Sirt3 у процесі старіння нирок через сигнальний шлях Ang II-AT1R залишається суперечливою, миші Sirt3−/− розвивають більш серйозний нирковий фіброз, ніж їхні відповідні за віком тварини дикого типу (WT) контрольні однопомітні тварини з віком [128]. ]. Загалом, ці результати свідчать про те, що Sirt3 справді відіграє важливу роль у полегшенні захворювань нирок, пов’язаних із віком, можливо, шляхом послаблення окисного стресу та підтримки цілісності мітохондрій. Крім того, було також показано, що участь Sirt6 полегшує вікове ураження нирок через пригнічення сигнального шляху прозапального ядерного фактора каппа-B (NF-Kb) [129]. Дефіцит Sirt6 суттєво призводить до прогресування ураження клубочків у нирках старих мишей [130]. У сукупності сучасні результати свідчать про те, що Sirts зменшує ступінь пошкодження тканин і фіброзу встаріння нирок, ймовірно, через зменшення окисного стресу та запалення, що вказує на те, що Sirts має великий потенціал як нова терапевтична мішень для профілактики та клінічного лікування вікових захворювань нирок. Таким чином, великі зусилля, спрямовані на демонстрацію того, що активатори Sirt приносять велику користь пацієнтам, дадуть значні клінічні наслідки та наслідки для охорони здоров’я.

Загалом вищенаведене дослідження демонструє основну роль ацетилювання та деацетилювання гістонів у модулюванні старіння нирок і пов’язаних із віком захворювань нирок (табл. 2). Однак ці дослідження надали обмежене уявлення про розмежування конкретних молекулярних механізмів, а прямі докази досліджень in vivo, що підтверджують аномальні моделі модифікації гістонів, які сприяють віковому захворюванню нирок, відсутні. Таким чином, все ще необхідні постійні зусилля для з'ясування ролі модифікацій гістонів у сфері вікових захворювань нирок.

3.3. Некодуюча РНК при вікових захворюваннях нирок

Близько 93% геномної ДНК людини можна транскрибувати в РНК [131], з яких лише приблизно 2% цих РНК можна транслювати в білки, а решта РНК представляють собою нкРНК, які не мають здатності кодувати білок або мають дуже низький вміст білка. можливість кодування [132,133]. В останні роки критична роль транскриптів нкРНК в епігенетичній регуляції генів все більше підкреслюється [134,135]. Накопичені дані свідчать про те, що нкРНК, головним чином включаючи мікроРНК (міРНК), довгі нкРНК (lncРНК) і кільцеві РНК (цирРНК), відіграють важливу роль у старінні та старінні [136–138], з кількома дослідженнями, проведеними в контексті старіння нирок, і розглядалися як потенційні біомаркери та терапевтичні мішені [139].

МіРНК — це великий клас коротких нкРНК довжиною ~22 нуклеотиди, які є висококонсервативними для різних видів, що може індукувати мовчання генів шляхом рекрутування білків Argonaute (AGO) для цільових сайтів переважно в межах 30 нетрансльованих ділянок (30 UTR) мРНК [140]. ]. Зрілі мікроРНК зв'язуються білками Ago з утворенням мікроРНК-індукованого комплексу глушіння (miRISC), який може індукувати деградацію цільових мРНК або інгібування трансляції [141]. Все більше доказів свідчить про те, що порушення регуляції експресії мікроРНК пов’язане з різними захворюваннями людини, такими як рак [142], вікові розлади нирок [21] тощо. В останні роки накопичення епігенетичних даних виявило участь мікроРНК у вікових захворюваннях нирок. Бай та його колеги провели перше поглиблене профілювання експресії мікроРНК у тканинах нирок 3- і 24-місячних щурів і виявили значні вікові зміни в експресії мікроРНК у старих нирках [21]. У цьому дослідженні дослідники ідентифікували 18 мікроРНК, регуляція яких значно посилювалася, і сім мікроРНК, регуляція яких значно знижувалася зі старінням у нирках щурів. Посилені мікроРНК були в основному пов’язані з регуляцією генів, залучених до клітинної проліферації, антиоксидантного захисту та енергетичного метаболізму, а також деградації позаклітинного матриксу, тоді як знижені мікроРНК були переважно націлені на гени, пов’язані з зупинкою клітинного циклу та імунною запальною відповіддю. miR-335 і miR-34a були значно посилені в старих тканинах нирок і старіючих мезангіальних клітинах і могли індукувати фенотипи передчасного старіння в молодих мезангіальних клітинах шляхом модуляції їхніх цільових генів, супероксиддисмутази 2 (SOD2) і тіоредоксинредуктази 2 (Txnrd2), через зв’язування з 30 UTR кожного гена [21]. Недавнє дослідження вказує на те, що аномальна регуляція miR-34a сприяє прогресуванню ниркового фіброзу через пряме зв’язування з 30 UTR Klotho, ключового гена, що контролює старіння [143]. Крім того, накопичувальні дослідження повідомляють про участь деяких інших дисрегульованих мікроРНК у старінні нирок та/або внесок у вікові захворювання нирок, головним чином включаючи miR-200c [22], miR-133b [23 ], miR-184 [144], miR-150 [144] і miR-21 [22,145,146]. Хоча існує мало прямих доказів того, що мікроРНК відіграють роль у вікових захворюваннях нирок, велика кількість доказів вказує на те, що мікроРНК тісно пов’язані з фіброзом нирок і є потенційною мішенню при лікуванні фіброзу нирок [147], такого як miR{ {45}}a-3p [148], miR-146b-5p [149], miR-204 [150], miR-29b [ 151], miR-150 та miR-495 [152]. Оскільки старіння нирок часто супроводжується фіброзом нирок, ці мікроРНК, пов’язані з фіброзом нирок, також можуть відігравати вирішальну роль у старінні нирок, а також у вікових захворюваннях нирок, які заслуговують на подальше дослідження. У сукупності участь багатьох різних мікроРНК у захворюваннях нирок, пов’язаних із віком, вказує на те, що панель мікроРНК потенційно буде більш корисною, ніж одна мікроРНК як біомаркер. У цій галузі все ще необхідні подальші дослідження.

LncRNAs є ще одним великим класом ncRNAs, отриманих з регіонів геному, які мають понад 200 нуклеотидів у довжину без потенціалу кодування білка [153,154]. Зростає кількість доказів того, що lncRNA беруть участь у різних біологічних процесах, включаючи старіння та вікові захворювання [155,156], регулюючи експресію генів на рівні модифікації хроматину, транскрипції та посттранскрипційної обробки [157]. Подібним чином зростаюча кількість відкриттів підкреслює критичну роль, яку lncRNA відіграють у вікових захворюваннях нирок. Одне нещодавнє дослідження показало, що NEAT1, нова lncRNA, може погіршити захисний ефект Klotho проти ниркового тубулоінтерстиціального фіброзу та епітеліально-мезенхімального переходу (EMT) у клітинах проксимальних канальцевих клітин людини (HK-2) при DKD [158] . У цьому дослідженні з метою скринінгу lncRNA, пов’язаних з експресією Klotho, автори виявили моделі експресії lncRNA, пов’язаних з EMT (Gas5, H19, Hotair, Hottip, Malat1, Meg3, Miat, Neat1, Pvt1 і Tug1) у тканинах нирок. від діабетичних мишей із гіперекспресією Klotho і виявив, що експресія Neat1 була помітно знижена. Подальші дослідження показали, що Klotho затримував прогресування тубулоінтерстиціального фіброзу нирок і ЕМТ ниркових канальців при DKD шляхом зниження експресії NEAT1. Було виявлено, що LncRNA-ATB, активована в клітинах HK-2, оброблених TGF- -, сприяє старінню клітин, індукованому TGF- через сигнальний шлях TGF-/Smad [159], але прямі експериментальні докази in vivo бракує. Нещодавно Tamás et al. виконали поглиблене профілювання lncRNA у тканинах нирок дорослих мишей (10 місяців) і старих мишей (26–30 місяців), які піддалися однобічному нирковому IRI, щоб дослідити вплив старіння та одностороннього IRI на експресію ниркових lncRNA [28]. Дослідники виявили, що IRI найбільше вплинув нанирок у літніх мишейу порівнянні з дорослими мишами, оскільки вісім lncRNA були значно активовані внаслідок ішемії у вікових мишей, тоді як лише чотири lncRNA були помітно активовані внаслідок ішемії у дорослих мишей. IGF2AS підвищувався IRI тільки в нирках старих мишей. Примітно, що інгібування експресії IGF2AS виявилося захисним у різних моделях захворювань, включаючи нейротоксичність, спричинену місцевим анестетиком [160] і діабет [161], що свідчить про те, що IGF2AS може відігравати шкідливу роль в ішемічно-реперфузійному ураженні старих нирок. Встановлено, що Y РНК, єдині lncRNA, на які впливає старіння, беруть участь у кількох пов’язаних із віком процесах [162,163], таких як проліферація клітин, реакції на стрес, а також запалення, але їх точна роль у старінні нирок не була проілюстрована. . Аналіз шляхів винахідливості (IPA) показав, що зниження регуляції H19 було пов’язане зі старінням через шлях p53/TP53. Крім того, у кількох дослідженнях було виявлено, що пригнічення H19 пов’язане з підвищеною експресією p16 і p21 [164,165]. У сукупності з поточних досліджень ми можемо зробити висновок, що lncRNA можна розглядати як потенційну терапевтичну мішень для вікових захворювань нирок, які потребують подальшого дослідження. Однак варто зазначити, що, на відміну від мікроРНК і цирРНК, lncRNA погано зберігаються між видами, тому їх цілі та функції слід інтерпретувати з обережністю.

ЦирРНК — це новий клас ендогенно експресованих нкРНК з ковалентно замкнутою структурою та одноланцюговими, які походять від екзонів або інтронів, які можуть діяти як губки мікроРНК, регулятори транскрипції або партнери РНК-зв’язуючого білка (RBP) для регулювання експресії цільового гена [166,167]. Крім того, порівняно з мікроРНК та lncRNA, circRNA демонструють більшу стабільність, а також вищу консервативність. Недавні дослідження продемонстрували, що рівні експресії circRNA змінюються з віком у різних тканинах багатьох видів, починаючи від нематод і закінчуючи ссавцями [138]. Наприклад, було продемонстровано, що circFoxo3, отриманий з екзону 2 гена FOXO3, значно активізується в тканинах серця старих мишей і людей і пов’язаний із значним старінням [168]. Інгібування ендогенного circFoxo3 може послабити старіння та полегшити кардіоміопатію. Подальші дослідження показали, що circFoxo3 може зв’язуватися з пов’язаними зі старінням білками-інгібіторами зв’язування ДНК 1 (ID1) і фактором транскрипції E2F 1 (E2F1), а також пов’язаними зі стресом білками HIF-1 і кіназою фокальної адгезії (FAK), тим самим блокуючи функцію проти старіння цих білків. Крім того, нещодавнє дослідження визначило circGRIA1 як ключовий модератор синаптичної пластичності та синаптогенезу в мозку макаки-резус [169]. Експресія CircGRIA1 помітно посилюється в старіючому мозку макаки, ​​який може безпосередньо зв’язуватися з промотором гена господаря та пригнічувати експресію свого батьківського гена, таким чином сприяючи старінню мозку. Наразі, хоча велика кількість досліджень підтвердила, що circRNAs відіграють вирішальну роль у розвитку та прогресуванні старіння та пов’язаних із віком захворювань у багатьох органах [138], точні ролі circRNAs у старінні нирок, а також пов’язаних із віком нирок. хвороби залишаються невловимими. На відміну від міРНК та lncRNA, які були добре вивчені у старих нирках, критичні пов’язані з віком circRNA все ще потребують детального профілювання в майбутніх дослідженнях. Оскільки circRNA набагато стабільніші, ніж інші ncRNA, вони можуть стабільно існувати в різних рідинах організму, що робить їх одними з найбільш бажаних біомаркерів для діагностики та лікування різних захворювань, пов’язаних зі старінням, включаючи вікові захворювання нирок.

У сукупності наведені вище дослідження вказують на те, що ncRNAs, включаючи miRNAs, lncRNAs і circRNAs, можуть відігравати важливу регуляторну роль у процесах старіння нирок, а також пов’язаних із віком захворюваннях нирок (табл. 3), які можуть служити багатообіцяючими діагностичними біомаркерами та клінічними терапевтичними цілями . Однак функціональні ролі більшості ncRNAs, особливо circRNAs, у ниркових полях старіння ще не виявлені. Таким чином, це вимагає більш комплексних досліджень у цій галузі, щоб продемонструвати та підтвердити молекулярні механізми в глибині.

4. Епігенетика забезпечує потенційні діагностичні та терапевтичні цілі для вікових захворювань нирок

На відміну від генетичних змін, епігенетичні зміни є потенційно пластичними та оборотними, які можна терапевтично маніпулювати для лікування вказаних захворювань [170,171]. Багато епігенетичних ознак, в основному включаючи метилювання ДНК, модифікації гістонів і нкРНК, продемонстрували великий потенціал у діагностиці, прогнозі та моніторингу лікування, а також прогнозуванні відповіді на терапію при різноманітних неопластичних і непухлинних захворюваннях [172–175]. Наприклад, рівні метилювання промоторних ділянок інгібітора циклін-залежної кінази 2A (CDKN2A), кадгерину 13 (CDH13), члена родини 1 домену асоціації ras (RASSF1A) та аденоматозного поліпозу coli (APC) пов’язані з раннім рецидивом стадії I недрібноклітинний рак легенів (НДРЛ) після лікувальної операції [176]. Дослідження III фази підтвердило ефективність туцидиностату, селективного інгібітора HDAC для перорального підтипу, у пацієнтів із раком молочної залози з позитивним гормональним рецептором (HR+) [177]. Крім того, деякі інгібітори HDAC та інгібітори DNMT також були схвалені дляклінічне лікування ряду неонкологічних захворюваньнаприклад вовчак [178],серцева недостатність[179] та шизофренія [180]. Крім того, оскільки мікроРНК є найбільш широко дослідженими нкРНК, певні мікроРНК, такі як miR-16 [181] і miR-34 [182,183], уже пройшли доклінічні та клінічні випробування для лікування захворювань людини. Враховуючи критичну роль епігенетики в модулюванні старіння нирок івікові захворювання нирок, багатообіцяючим є те, що ці епігенетичні зміни також можна використовувати для розробки специфічних біомаркерів і терапевтичних цілей для боротьби з цими віковими захворюваннями.

Зокрема, як описано вище, аномальне метилювання ДНК, аномальні посттрансляційні модифікації гістонів, а також регуляція певними нкРНК сприяли віковим захворюванням нирок (рис. 3). Таким чином, спокусливо припустити, що багато різних маніпуляцій для лікування та запобіганнявікові захворювання нироктаких як розробка нових ДНК-деметилюючих агентів, інгібіторів HDAC і специфічних блокаторів і агоністів нкРНК. Тим не менш, на даний момент жоден із доступних на даний момент епігенетичних модифікаторів не отримав дозволу на доклінічні чи клінічні випробування в галузі старіння нирок. Таким чином, у найближчому майбутньому існує нагальна потреба в додаткових експериментальних дослідженнях для подальшого використання перспективного застосування епігенетичних агентів у боротьбі звікові захворювання нирок.

Рисунок 3. Схематична діаграма механізмів основних епігенетичних змін при вікових захворюваннях нирок. Аберрантне метилювання ДНК, аномальні модифікації гістонів, а також регуляція за допомогою нкРНК пов’язані з віковими захворюваннями нирок. Ці зміни були причетні до вікових захворювань нирок через зміну певнихекспресія генів у різних клітинах нирок.

Служба підтримки:

Електронна адреса:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Тел.:+86 15292862950

Магазин:

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