MicroRNA í nýrnaþróun og sjúkdómum Ⅱ

Þróun nýrna

Thenýra spendýra(eða metanephros) er mikilvægt líffæri sem gegnir mikilvægu hlutverki íútskilnaður efnaskiptaúrgangs,stjórnun á rúmmáli utanfrumuvökva, ogviðhald á raflausnogsýru-basa jafnvægi. Þar að auki framleiðir nýrun mikilvæg hormón, svo semrauðkornavaka, kalsítríól,renín, ogprostaglandín(48). Starfsgeta nýrna er í samræmi við fjölda starfhæfra nýrna sem myndast við nýrnaþroska fyrir fæðingu, einnig kallað nýrnasöfnun. Hvert mannsnýra inniheldur að meðaltali 1,000,000 nýra, þó að þessi tala sé töluvert breytileg, með mat á bilinu 200,000 til 2,000,{{8 }} nýrun (49, 50). Meðöldrun,tap á virkum nýrnaforðagerist með tímanum (51, 52); því er lág nýrnabilun við fæðingu tengd aukinni hættu á að fá háþrýsting og langvinnan nýrnasjúkdóm síðar á ævinni (53-55). Þar að auki er CAKUT, sem leiðir til minnkaðrar nýrnagjafar og nýrnastarfsemi, helsta orsök nýrnabilunar hjá börnum, sem leiðir til verulegrar veikinda og dánartíðni í tengslum við ígræðslu og skilun (56, 57). Þannig veitir betri skilningur á frumu- og sameindaferlum sem liggja að baki stofnun nýrnafjölda og eðlilegrar nýrnamyndunar innsýn í nýjar leiðir til að spá fyrir um, koma í veg fyrir og meðhöndla nýrnasjúkdóm hjá börnum.

HVAÐ TEKIÐ LANGAN tíma fyrir CISTANCHE AÐ VIRKA HJÁ NÝRASJÚKKA Sjúklingum?

Metanephric nýrnaþróunbyrjar um fósturvísisdag 10.5 (E10.5) hjá músum og í kringum fimmtu viku meðgöngu hjá mönnum (58). Til að bregðast við inductive merkjum frá metanephric mesenchyme, nær þvagrásarbruminn frá caudal enda Wolffian duct og inn í aðliggjandi mesenchyme (Mynd 2). Samtímis valda morfógen sem koma frá þvagrásarknappinum þéttingu á metanephric mesenchyme til að mynda cap mesenchyme (einnig nefnt nýrnaforfaðir) í kringum enda þvagrásarbrumsins. Eftir því sem nýrnamyndun þróast, fer þvagrásarbruminn í röð af greiningu, lengingu og aðgreiningu til að mynda safnrásir nýrna. Undirhópur nýrnaforfeðra fer í gegnum mesenchymal-epithelial umskipti til að mynda nýrnablöðrur, sem eftir skautun og lengingu verða kommu- og S-laga líkamsbyggingar. Að lokum rennur fjarlægi hluti S-laga líkamans saman við söfnunarrásina til að mynda starfhæft nýrung (59–61). S-laga líkaminn gengst undir frekari aðgreiningu til að mynda þroskaðar frumugerðir nýrungans, fyrir utan söfnunarrásina. Foxd1+ stromal forverafrumur eru aðliggjandi nýrnaforfrumum á ytra cortical eða nýrnasvæði nýrna sem er að þróast (Mynd 2) (62). Merki frá cortical stroma eru talin hamla stækkun nýrnaforfrumna og örva sérhæfingu þess, þar sem brottnám nýrnastróma leiðir til skertrar sérhæfingar nýrnaforfrumna (63). Foxd1+-forfrumurnar mynda allar stromal frumur í metanephric nýra, þar með talið nýrnabarkar- og merg millivefsfrumur, pericytes, perivascular fibroblasts, mesangial frumur og sléttar vöðvafrumur í æðum (64, 65). Truflanir í hvaða skrefi sem er í þessu ferli geta leitt til CAKUT, aðalorsök langvinnrar lungnateppu í æsku (66, 67).

Þroskað nýrungur er samsettur úr gaukla sem virkar sem síunareining og pípulaga aftursogshólf sem er skipt niður í nálæga krókapípu, Henle lykkju, fjarlæga krókapípla og safnrás (mynd 2). Síunarhindrun glomerulus (sem samanstendur af fenestrated endothelium, gaukulgrunnhimnu, fótaferlum og rifþind fræfrumna) gerir síun á plasma og litlum uppleystum efnum, en heldur sértækt próteinum eins og albúmíni og immúnóglóbúlínum í blóði (68, 69). Á sama tíma er pípulaga endurupptökuhólfið ábyrgt fyrir viðhaldi vatnsjafnvægis, endurupptöku uppleystra efna (þar á meðal natríum, kalíum, kalsíum, fosfór, magnesíum, glúkósa og margt fleira) og útskilnað sýru og annars úrgangs.

MiRNA í nýrum sem þróast

Í rannsóknum á skilyrtum erfðabreyttum músum, hafa miRNA komið fram sem mikilvægir eftirlitsaðilar nýrnamótunar í mörgum frumuættum. Fyrstu rannsóknirnar sem meta starfrænt hlutverk miRNAs í nýrnaþróun notuðu skilyrt eyðingu Dicer (70) í mismunandi nýrnaættum. Hins vegar er einnig vitað að Dicer hefur miRNA-óháð hlutverk (71), sem hefur flækt túlkun þessara líkana. Skilyrt eyðsla á Dicer í snemma metanephric mesenchyme eða nephron progenitors leiðir til aukinnar frumudauða nýrnaforfeðra, hækkað magn af proapoptotic próteininu Bim og ótímabæra stöðvun nýrnamyndunar (72-75) (tafla 1). Athyglisvert er að tap á Bim tjáningu í Dicer-skorti nýrnafruma dregur úr frumudauða og endurheimtir nýrnamyndun að hluta. Tvö miRNA sem tjáð voru í nýrnaforfrumum, miR-17 og miR-106, voru auðkennd sem bæla BIM tjáningu (76). Saman benda þessar niðurstöður til þess að miRNA stýra jafnvæginu milli lifun og frumudauða í nýrnaforfeðrum til að tryggja myndun rétts fjölda nýrna í gegnum nýrnamyndun.

Mynd 2. Skýringarmynd af stigum nýrnaþroska með anephric. Merki frá þvagrásarknappinum kalla fram þéttingu á metanephric mesenchyme til að mynda hettu af nýrnaforfrumum (cap mesenchyme) í kringum þvagrásarknappana. Höfuðmesenchyme fer í gegnum mesenchymal-þekjuvef umskipti til að mynda nýrnablöðrur, sem þróast í röð í kommu- og S-laga líkama. Þessi mannvirki tengjast þvagrásarstönglinum, sem gefur tilefni til safnrásarinnar. Frumur í nærsvæði S-laga líkamans aðgreinast í sérhæfðar þekjufrumur í fullþroska nýrnalíkamanum (þ.e. fræfrumur og Bowman's hylkisfrumur), en frumur í mið- og fjarlægum hlutum sérhæfast í pípulaga hluta nefróns (proximal tubules) , lykkjur af Henle og fjarpíplum). Búið til með BioRender.com.

Skilyrt brottfelling á Dicer í þvagrásarnúpa ætterni leiðir til margvíslegra frávika sem líkjast mjög CAKUT, þar með talið nýrnabilun og þróun blaðra í rásum (73, 77, 78). Ótímabær stöðvun greiningarmótunar (til að bregðast við minnkaðri tjáningu á Wnt11 og c-Ret frá þvagrásarbrum) er líklega helsti þátturinn í nýrnabilun (73). Upphaf blöðrumyndunar á sér stað í kringum E15.5 og tengist göllum í frumlengd cilia, auknum apoptotic frumudauða og of mikilli frumufjölgun (73). Þar sem Dicer hefur mikilvæg miRNA-óháð hlutverk í frumunni hefur skilyrt eyðing á Dgcr8 verið notuð til að staðfesta að svipgerðirnar sem sjást í skilyrtum Dicer-knockout líkönum eru örugglega afleiðing taps á miRNA. Dýr með Dgcr8-eyðingu í fjarlægu nýrnahnoði og afleiður safnrásarinnar þróa með sér vatnsrýrnun og söfnunarrásarblöðrur (79), CAKUT-lík svipgerð sem líkist tapi á Dicer-virkni í þvagrásarfrumuætt.

Rannsóknir frá tveimur óháðum hópum sýndu fram á að brottnám Dicer úr Foxd1+ nýrnastrómaættinni og afleiður þess leiðir til margs konar nýrnafrávika, með samræmdum niðurstöðum varðandi nýrnabilun, minnkaðan gauklafjölda, óeðlilegan gauklaþroska og gallaða æðakerfi. munstur (80, 81). Þó að báðir hópar hafi lýst að mestu leyti samhljóða svipgerðum með svipuðum múslíkönum, kom fram tvenn mismunandi munur. Nakagawa o.fl. sá skort á innri medulla og papilla, auk minnkunar á nýrnasvæðinu (80). Aftur á móti, Phua o.fl. sýndi stækkun nýrnastofnana og varðveitt nýrnapapilla (81). Nakagawa o.fl. lagt til að þessir gallar tengist truflun á Wnt-ferilboðum, sem leiða til breytinga á flutningi og fjölgun stromalfrumu, vegna niðurstýringar á stromalfrumu miRNA, miR-214, miR-199a{{7 }}p, og miR-199a-3p (80). Rannsókn Phua o.fl. benti til þess að breytingar á apoptotic forritum (þar á meðal aukin tjáning Bim og p53 effector gena) stuðli að svipgerðargöllum (81). Hugsanlegt er að erfðafræðilegur bakgrunnsmunur og/eða skilvirkni Cre-miðlaðrar endurröðunar geti verið ábyrgur fyrir þeim mun sem þessar rannsóknir lýsa. Engu að síður eru svipgerðirnar sem lýst er í samræmi við þekkt margþætt hlutverk nýrnastróma í nýrnaþroska og aðferðirnar sem liggja til grundvallar þessum svipgerðum eru líklega flóknar miðað við eðli Dicer-eyðingar. Frekari rannsóknir þar sem tilteknar miRNAs í ýmsum stromal undirhópum eru skoðaðar eru nauðsynlegar til að skilgreina betur regluverkið sem er í leik.

Nýlegri vinna hefur fjallað um virkni sérstakra miRNAs í bæði nýrna- og nýrnaforfrumum sem eru að þróast. Með því að nota stofnfrumulíkan úr fósturvísum manna, Bantounas o.fl. sýndi fram á að hömlun á miR-199a~214 þyrpingunni leiðir til mismyndandi gaukla, afbrigðilegra nærpípla, minnkaðrar WT1 tjáningu og auknar millivefsháræða í nýrnalíkum lífrænum líffærum (82). Athyglisvert er að alþjóðleg eyðing á súrefnisskorti sem svarar miR-210 leiðir til karlkyns sértæks nýrnaskorts (83). Til dæmis, skilyrt eyðing á miR-17~92 þyrpingunni í nýrnaforfrumum og afleiðum þeirra í músum dregur úr fjölgun frumufrumna og dregur úr fjölda nýrnafrumna sem eru að þróast. Afleiðingin er sú að stökkbreyttar mýs þróa með sér próteinmigu, bandvefsmyndun í nýrum og skerta nýrnastarfsemi (84). Vandað magn miR-17~92 markgensins, CFTR, tengist gallaðri fjölgun forfrumna og minni nýrnagjafa í þessu múslíkani (85).

Lítil RNA raðgreining (smRNA-Seq) hefur verið notuð í auknum mæli til að kynna tjáningarmynstur miRNA og til að uppgötva nýjar miRNA tegundir. smRNA-Seq af E15.5 nýrnakenndum mesenchymal frumum auðkenndu 162 merkta miRNA sem eru mismunandi tjáð í þessum frumuþýði samanborið við heil nýru og 49 nýjar miRNA tegundir (86). Athyglisvert er að magn miR-200 fjölskyldu miRNAs minnkaði verulega í nýrnaforfrumum. Í ljósi þess að meðlimir miR-200 fjölskyldunnar eru lykilstýringar á mesenchymal-þekjuvef umskipti í safnrásinni (87), getum við velt því fyrir okkur að tjáning þeirra gæti verið þétt stjórnað til að tryggja eðlilega þekju aðgreiningu nýrnaforfeðra við nýrnaþróun.

MiRNA virka í fullþroska nýrnanum

Til viðbótar við kröfu þeirra meðan á nýrnaþroska stendur, stjórnar miRNA fjölmörgum líffræðilegum ferlum í helstu frumuættum sem mynda þroskað nýra (69, 88-91). Í samræmi við þetta hefur hlutasértækri tjáningu miRNAs meðfram nýrnanum verið lýst, þar á meðal miR-143 og miR-195a í gaukla, miR-107 og miR{{7} }a í nærpíplum, miR-193 og miR-378a í þykkum upprennandi útlim, miR-874 og miR-155 í distal convoluted tubule, og miR{{ 12}}c í söfnunarrásinni (87). Þar að auki styðja virknirannsóknir í hólfum þroskaðs nýrunga mismunandi hlutverkum fyrir miRNA.

Mýs sem skortir annaðhvort Dicer eða Drosha í fræfrumum sýna áberandi próteinmigu, glomerulosclerosis og hraða framvindu til nýrnabilunar, í kjölfar truflunar á gaukulsíunarhindrun (90–93). Í kísilgreiningum kom í ljós að ýmis uppstýrð umrit í stökkbreyttum hnoðrum innihalda markraðir fyrir miR-30 fjölskyldumeðlimi. Eins og allir fjórir miR-30 fjölskyldumeðlimirnir (miR-30c-1, miR-30b, miR-30d og miR-30c{ {9}}) eru venjulega mjög tjáð í fræfrumum, þessi miRNA geta verið ábyrg fyrir óeðlilegum frumum og truflunum á gaukulsíunarhindrun í stökkbreyttum músum (91).

Það kemur nokkuð á óvart að brottfelling á Dicer úr nærliggjandi píplum spendýra eftir fæðingu hefur ekki áhrif á nýrnaþroska, vefjafræði eða virkni en verndar gegn nýrnablóðþurrð/endurflæðisskaða. Stökkbreyttar mýs sýna betri nýrnastarfsemi, minni nýrnaskaða, lægri pípulaga apoptosis og bætta lifun samanborið við WT gotfélaga þeirra (94). Þetta endurspeglar líklega „summu“ áhrifa eyðingar margra miRNAs í nærpíplum, þar sem önnur vinna hefur síðan sýnt fram á að tjáning tiltekinna miRNAs er verndandi við nýrnablóðþurrð/endurflæðisskaða (td miR-16 og miR -21; tilvísanir 95, 96); en aðrir eru skaðlegir (td miR-182; tilvísun 97).

Þrátt fyrir að miRNA-efni virðast vera ómissandi fyrir starfsemi nærpípla, eru þau nauðsynleg fyrir fjarlæg nýrnafrumur og samvægi í safnrásum (79, 88, 98). Söfnun leiðarsértækrar óvirkjunar á Dicer og öðrum mikilvægum genum sem tengjast miRNA lífmyndun (þar á meðal Dgcr8, Ago1, 2, 3 og 4) veldur nýrnabilun hjá fullorðnum músum vegna versnandi tubulointerstitial fibrosis og millivefsbólgu (88). Á undan þessu eru hluta þekju-mesenchymal umskipti (EMT) á söfnunarrásarfrumum og niðurstýring miR-200 fjölskyldumeðlima, sem hamlar EMT (88). Sömuleiðis leiðir brottnám annaðhvort Dicer eða Dgcr8 úr fjarlægum nýrna- og þvagblöðrubrumafleiðum, í sömu röð, til nýrnafrávika og nýrnabilunar (78, 98), sem að lokum tengjast niðurstýringu miR-200 fjölskyldumeðlima (98). Aukin tjáning miR-200 markgensins Pkd1 í þessum stökkbreyttu músum truflar píplumyndun og framleiðir blöðrulíkar byggingar (98). Þessi munur á kröfunni um starfrænt miRNA í nærpíplum og fjarlægum nýrna/söfnunarrásum gæti skýrst af hlutadreifingu miRNA eftir endilöngu nýrnanum og safnrásinni í WT nýrum (88).

Eyðing á Dicer í renínseytandi frumum í jaxtaglomerular tækinu leiðir til skorts á juxtaglomerular frumum, minnkað renínmagn í blóðrásinni með tilheyrandi lækkun á slagæðablóðþrýstingi, skertri nýrnastarfsemi, röndóttu mynstri millivefs bandvefs og æðafrávikum (89). Fækkun juxtaglomerular frumna bendir til kröfu um þroskað miRNA til að viðhalda svipgerð þeirra. Síðar voru miR-330 og miR-125b-5p auðkennd sem hugsanlegir frambjóðendur sem annaðhvort hamla eða stuðla að, í sömu röð, svipgerð sléttra vöðva samliggjandi frumna (99).

Önnur virk rannsóknarsvið á miRNA við bráðum nýrnaskaða (8-10), fjölblöðrunýrnasjúkdóm (11) og nýrnaígræðslu (10), hefur verið fjallað ítarlega í öðrum nýlegum umsögnum.

MiRNA í nýrnasjúkdómum hjá börnum Í þessum hluta gefum við yfirlit yfir hlutverk miRNA í nýrnasjúkdómum í þroska, þar á meðal CAKUT og Wilms æxlum. CAKUT eru meðal algengustu form vansköpunar við fæðingu og hafa áhrif á um það bil 3–7 af hverjum 1000 lifandi fæddum börnum (100). Truflun á þróun nýrna og neðri þvagfærum leiðir til breitt sviðs klínískra einkenna sem sést í CAKUT, þar með talið nýrnafrávik (þ.e. nýrnamyndun, nýrnavandamál og nýrnavandamál, og fjölblöðruvandamálsnýru), frávik í þvagrás og grindarhol (þ.e. teppa í þvagrásarmótum), tvíhliða söfnunarkerfi og frávik í þvagblöðru og þvagrás (101–103). Þessi svipgerða misleitni er líklega vegna flókinna samskipta milli erfðafræðilegra, epigenetic og/eða fæðingarþátta umhverfis sem hafa áhrif á þróun nýrna og neðri þvagfæra, sem leiðir til CAKUT (101). Megnið af núverandi þekkingu okkar á CAKUT meinmyndun hefur sprottið af múslíkönum og heilkennisformum CAKUT. Þessar rannsóknir hafa leitt til auðkenningar nokkurra CAKUT gena, sem mörg hver tengjast snemma nýrnaþroska, þar á meðal PAX2, SALL1, HNF1B, EYA1, GATA3, RET, WNT4, GDNF, SIX1, SIX2 og fleiri (101, 104, 105). Hins vegar skýra stakar stökkbreytingar eða afbrigði af afritafjölda í genum sem kóðar prótein ekki meirihluta CAKUT tilfella (~80%) (101, 106).

Eins og getið er hér að ofan leiðir eyðing á þroskuðum miRNA frá mismunandi frumuættum nýrna í þróun í músalíkönum til nýrnafrávika sem líkja eftir CAKUT manna (73, 74, 78, 79). Að auki veldur kímlínueyðing MIR17HG, sem kóðar miR-17~92 þyrpinguna, Feingold heilkenni af tegund 2 í mönnum (107). Þrátt fyrir að nýrnasvipgerð hjá sjúklingum með Feingold-heilkenni af tegund 2 með MIR17HG-stökkbreytingar sé enn óskilgreind, hefur verið greint frá 18% tíðni CAKUT í Feingold-heilkennistilfellum sem tengjast MYCN-stökkbreytingum (108, 109). Saman benda þessar athuganir til þess að stökkbreytingar í miRNA sem tjá sig við nýrnaþroska gætu valdið CAKUT í mönnum, sérstaklega þar sem mörg miRNA eru mjög varðveitt á milli músa og manna.

Til að prófa þessa tilgátu rannsakaði ein rannsókn 1248 sjúklinga með óheilkenni CAKUT úr 980 fjölskyldum og leitaði að stökkbreytingum í 96 stofnlykkjasvæðum 73 nýrnaþroska miRNA gena (106). Innan þessa hóps greindust 31 einstaklingur með 17 mismunandi einkirnisafbrigði sem hafa áhrif á 16 mismunandi miRNA gen. Þar á meðal reyndust tvö ný afbrigði í miRNAs vera hugsanlega sjúkdómsvaldandi. MIR19B1 (meðlimur í miR-17~92 þyrpingunni) var tengt við tilvist hægra nýrnaaldurs og MIR99A tengdist alvarlegu vesicoureteral bakflæði og nýrnaptosis. Þessi ótrúlega fái fjöldi sjúkdómsvaldandi afbrigða má að hluta til rekja til takmarkana þessarar rannsóknar, þar sem greiningin tók aðeins til stökkbreytinga í miRNA genum sem voru innifalin í kandídata genaaðferðinni og greindu ekki afbrigði fjölda afrita og miklar DNA endurröðun (106) .

Í annarri nálgun voru þvagrásarhlutar frá sjúklingum með margs konar CAKUT greindir með tilliti til mismunandi umritatjáningar í gegnum örfylki, fyrir tilvist lífupplýsingafræðilega spáðra miRNA markmiða og þroskaðra miRNA með qPCR (110). Með því að nota þessa fjölþættu nálgun voru sjö miRNAs auðkennd með hugsanlega hlutverki í CAKUT, og meðal þeirra jókst has-miR-144 marktækt hjá sjúklingum með CAKUT. Genaverufræðigreining benti til þess að spáð has-miR-144 markgen stuðli að líffræðilegum ferlum sem taka þátt í CAKUT þróun, þar með talið slönguþróun (22 markgen), þróun þvagfærakerfis (18 markgen), nýrnaþróun (14 markgen) og þroska fósturvísa (18 markgen) (110).

Frekari rannsókna er þörf til að skilgreina sameindakerfin sem liggja til grundvallar sjúkdómsvaldandi hlutverkum miRNAs í CAKUT. Niðurstöður úr slíkum rannsóknum munu skipta sköpum við að bæta umönnun sjúklinga með CAKUT og koma í veg fyrir framgang þeirra í langvinnan nýrnasjúkdóm, veita viðeigandi erfðafræðilega ráðgjöf fyrir sjúklinga og fjölskyldur þeirra og þróa nýjar meðferðaraðferðir.