Cistanche Research: moduladores epigenéticos farmacológicos de la fosfatasa alcalina en la enfermedad renal crónica, parte 2

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REGULACIÓN EPIGENÉTICA DEFOSFATASA ALCALINA

El término Epigenotipo fue acuñado en 1942 por Waddington quien concluyó que entre genotipo y fenotipo se encuentra todo un complejo de procesos de desarrollo'[84]. La definición moderna deepigenéticaincluye modificaciones de ADN y proteínas asociadas, que no implican cambios en la secuencia de ADN subyacente, que están influenciadas por el medio ambiente y se mantienen durante la división celular que provocan cambios estables en la expresión génica [85&]. El principalepigenéticoLos factores son la metilación del ADN, los cambios postraduccionales de las histonas y la estructura de la cromatina de orden superior. Las modificaciones postraduccionales de las histonas afectan la estructura de la cromatina, la accesibilidad y el reclutamiento de la maquinaria de transcripción para dictar si los genes se activan o desactivan. Estas modificaciones dinámicas orquestan respuestas celulares a estímulos ambientales, de desarrollo o metabólicos a través de la modificación del transcriptoma. Sin embargo,epigenéticapuede ser la base de la expresión génica desregulada en estados patológicos como el cáncer [86] y los procesos inflamatorios patológicos [87]. Enzimas o proteínas que generan o interactúan conepigenéticolas alteraciones se pueden clasificar como escritores, borradores o lectores, dependiendo de si agregan, eliminan o reconocen una modificación postraduccional (Fig. 3).

FIGURA 3. La cromatina se compone de ADN y proteínas que generan una estructura compacta crítica para el empaquetamiento y la estabilidad de los cromosomas eucariotas. Los componentes primarios de la proteína son las histonas, alrededor de las cuales se enrolla el ADN para formar un nucleosoma.epigenéticaImplica modificaciones covalentes a la cromatina que no afectan la secuencia de ADN subyacente. Las modificaciones covalentes de la cromatina afectan tanto a la estructura de la cromatina como al reclutamiento de complejos de transcripción que, en efecto, activan o desactivan los genes. Estas dinámicasepigenéticolas modificaciones se llevan a cabo agregando (escribiendo) y eliminando (borrando) modificaciones postraduccionales, seguidas de 'lectura', que dicta la expresión génica y la eventual respuesta fenotípica.

acetilación de histonas

La acetilación de histonas se asocia con una estructura de cromatina abierta, accesibilidad para la unión del factor de transcripción y transcripción activa [88 y ]. Histona de impactos de acetilaciónalcalinoexpresión de fosfatasa. Los inhibidores de la histona desacetilasa (HDACi) aumentan la acetilación de la cromatina. In vitro, la expresión inducida por HDACi dealcalinofosfatasa-L promovió la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales humanas [89]. Mecánicamente, la acetilación de histonas se ha asociado con la regulación de las proteínas morfogenéticas óseas, la señalización de WNT y la inducción de RUNX2 [90]. Si la acetilación afecta directamente a los promotores dealcalinofosfatasa-L expresión es un área de investigación en curso.

Los estudios de metilación del ADN han demostrado que laalcalinofosfatasa-L promotor A1E está altamente metilado [91]. Delgado-Calle et al. [92], demostró que la metilación del ADN tiene un papel importante en la modulación dealcalinofosfatasaexpresión en células similares a osteoblastos humanos. Mostraron una relación inversa entre el estado de metilación de una isla CpG que se extiende desde -579 hasta þ836 pb delalcalinofosfatasagen incluyendo la región promotora, lo que implica queepigenéticola regulación por desmetilación del ADN mejora fuertementealcalinofosfatasaexpresión y actividad [92]. En VSMC, tanto los nanocristales de fosfato como los de hidroxiapatita modulan la metilación del ADN, lo que da como resultado un aumento de la actividad de la fosfatasa alcalina y la inducción de un fenotipo similar a los osteoblastos [93,94]

Cistanche puede evitar la enfermedad renal crónica.

microARN

ARN largos no codificantes ymicroARNtambién son claveepigenéticofactores que intervienen en la regulación génica postranscripcional [77,95&]. losmicroARNson pequeñas moléculas de ARN monocatenario no codificantes, de aproximadamente 18 a 25 nucleótidos, que inhiben la síntesis de proteínas al unirse a la 30- región no traducida del ARNm para bloquear la traducción de proteínas y/o modular la estabilidad del ARNm. Se ha estimado, a través de predicciones computacionales, que más del 50 por ciento de todos los genes humanos que codifican proteínas están potencialmente regulados pormicroARN[96]. Óseo-reguladormicroARNdesempeñan un papel clave en la diferenciación osteogénica y en las vías de señalización implicadas en la osteogénesis [77,95&,97,98]. Los factores clave de transcripción Runx2 y Osx están regulados a la baja por numerosasmicroARNen células mesenquimatosas pluripotentes para suprimir el fenotipo óseo en células y tejidos no óseos [77,99].

AlgunomicroARNse ha descubierto que suprimen y promueven distintas vías de señalización relacionadas con la diferenciación osteogénica [95, 100 y ]. Expresión reducida de ARNm para colágeno I,alcalinofosfatasa, y se ha encontrado osteocalcina al sobreexpresar miR- 375, lo que sugiere que miR-375 puede suprimir la diferenciación osteogénica al dirigirse a Runx2 [101]. También se ha informado que la sobreexpresión de miR-133a-5p inhibealcalinofosfatasaexpresión y mineralización a través de la selección de Runx2 [102]. Li et al. [103], demostraron que miR-216a promovía la diferenciación de osteoblastos y mejoraba la formación ósea.

OBJETIVO DE LAS INTERVENCIONES FARMACOLOGICAS EPIGENÉTICASFOSFATASA ALCALINA

microARN

Dada la expresión ubicua de la fosfatasa alcalina, su papel central en la biomineralización y la alta incidencia decalcificación vascularen pacientes concrónicoriñónenfermedad, es razonable explorar la farmacologíaepigenéticomodulación de la fosfatasa alcalina como potencial medida terapéutica dirigida a la prevención de complicaciones cardiovasculares encrónicoriñónenfermedad[9& ]. La evidencia reciente indica quemicroARNestán desregulados encrónicoriñónenfermedad–trastornos minerales y óseos [104]. Los estudios experimentales apoyan el concepto de quemicroARNson objetivos potenciales para mejorarcalcificación vascular[100 y ]. De acuerdo con la versión 22 de miRBase, las secuencias de 2656 humanos madurosmicroARNhan sido catalogados hasta ahora [105]. Por lo tanto, es una tarea desafiante incluir la mayoría de losmicroARNque se han investigado a lo largo de los años en esta revisión. Sin embargo, datos recientes demuestran que la calcificación aórtica inducida por fosfato desencadena la modulación de miARN mediante la regulación positiva de miR-200c, miR-155 y miR-322, mientras que miR-708 y miR{{ 5}} fueron regulados a la baja [106& ]. OtromicroARNque están involucrados encalcificación vascular, por lo tanto, los posibles objetivos de tratamiento son miR-29a/b, miR-30d/e, miR-125b, miR-135a, miR-143, miR-145, miR-204, miR223 y miR-762 [107]. La mayoría de estos microARN se dirigen a los dos factores de transcripción principales, Runx2 y Osx, que influyen en la biomineralización y la actividad de la fosfatasa alcalina. Indudablemente,microARNtienen un papel clave en la regulación de la progresión decalcificación vascular; Sin embargo, la gran abundancia demicroARNrequiere estudios extendidos a gran escala de todo el epigenoma para explotar completamente el potencial deepigenéticoregulación pormicroARNnuevos enfoques terapéuticos para mejorarcalcificación vascular.

Inhibición de bromodominio y extraterminal Las proteínas de bromodominio y extraterminal (BET) BRD2, BRD3, BRD4 y BRDT son lectores de cromatina que no solo se unen a la lisina acetilada en las colas de las histonas y los factores de transcripción a través de los bromodominios 1 y 2, sino que también reclutan maquinaria transcripcional para regular la expresión génica [108]. Los inhibidores de BET (BETi) bloquean la interacción de las proteínas BET con histonas acetiladas o factores de transcripción para afectar la expresión de los genes diana [88&].abetalonaes un BETi disponible por vía oral en desarrollo clínico para el tratamiento decardiovascular enfermedad. Se une preferentemente al bromodominio 2 en las proteínas BET (Fig. 4), lo que lo distingue de pan-BETi que se dirige a los bromodominios 1 y 2 con igual afinidad [109]. En ensayos clínicos,apabetalonaEl tratamiento redujo los eventos cardíacos adversos mayores (MACE) en pacientes concardiovascularenfermedady se asoció con una reducción del riesgo relativo del 44 % además del estándar de atención [110&]. La reducción de MACE por alfabeto solo se asoció con una reducción de la fosfatasa alcalina sérica, independientemente de los factores de riesgo cardiovascular tradicionales y la inflamación [111 & ]. Los estudios demostraron que este fármaco modula simultáneamente factores que promueven la estabilización de la placa aterosclerótica y la reducción de MACE. El colesterol HDL aumentó [110 y 112], mientras que se suprimieron la cascada del complemento, la reacción de fase aguda y los mediadores de la inflamación vascular [113,114].

FIGURA 4. La acetilación de la cromatina es una modificación epigenética asociada con la estructura abierta de la cromatina y la transcripción activa. El bromodominio y las proteínas extraterminales son "lectores de cromatina" que se unen a la lisina acetilada en histonas o factores de transcripción a través de dos bromodominios en tándem 1 y 2 y reclutan maquinaria transcripcional (p. ej., factor de elongación de transcripción positivo y ARN polimerasa II) para impulsar la expresión de bromodominio y proteínas extraterminales sensibles. genesabetalonaes un inhibidor de molécula pequeña disponible por vía oral de bromodominio y bromodominios extraterminales que provoca la liberación de bromodominios y proteínas extraterminales de la cromatina y, como consecuencia, la regulación a la baja del bromodominio y la transcripción de genes sensibles extraterminales.abetalonase dirige preferentemente al bromodominio 2 (representado por un halo amarillo), una característica que lo diferencia del panbromodominio y de los inhibidores extraterminales que se unen a los bromodominios 1 y 2 con igual afinidad.

Encrónicoriñónenfermedadpacientes con antecedentes decardiovascularenfermedad, el tratamiento del alfabeto solo mejoróFunción del riñóny reducción de los niveles circulantes de fosfatasa alcalina [115]. mecánicamente,apabetalonaregulado a la bajaalcalinofosfatasaexpresión en hepatocitos humanos primarios y VSMC [116 y ], y como consecuencia, niveles reducidos de proteína fosfatasa alcalina T y actividad enzimática. Inhibidores de moléculas pequeñas dealcalinofosfatasahan sido evaluados como un tratamiento paracalcificación vascular[14], sin embargo,apabetalonapuede ser la primera molécula en etapa clínica en modificaralcalinofosfatasaproducción. invitro,apabetalonacalcificación opuesta de VSMC cultivadas en condiciones osteogénicas a través de unepigenéticomecanismo que involucra a BRD4 que suprimió la inducción de genes procalcificantes, incluidos RUNX2 y alcalinofosfatasa[116& ].

Una sola dosis deapabetalonaencrónico riñónenfermedadlos pacientes en etapa 4-5 resultaron rápidamente en una reducción de numerosas citocinas inflamatorias, incluida la IL-6 [2]. En el mismo estudio, el perfil proteómico de más de 1300 proteínas plasmáticas predijo que se activarían varias vías inmunitarias e inflamatorias en pacientes con deteriororiñónfunción, incluido el factor nuclear-kB (NF-kB), IL-6 o señalización de proteínas morfogenéticas óseas. Estas vías canónicas se regularon a la baja con una dosis de apabetalona, ​​lo que tendría un impacto favorable en la progresión de la insuficiencia renal y lacalcificación vascular.

Cistanche puede mejorarfunciones renales.

Bromodominio e inhibición extraterminal en trastornos metabólicos óseos: implicación para la osteodistrofia renal

Distintos modelos preclínicos de enfermedades óseas metabólicas han demostrado que BETi no disminuye la estructura ósea o las propiedades mecánicas y, en cambio, puede aumentar el volumen óseo y restaurar la fuerza mecánica [117-120]. Estos estudios muestran que los efectos beneficiosos de BETi en los trastornos óseos se derivan de los efectos antiinflamatorios, así como deepigenéticomodulación de factores clave en la remodelación ósea, incluyendo TN-alcalinofosfatasa. La N-metilpirrolidona (NMP) es un excipiente de fármaco aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. e identificado como un BETi bioactivo [121]. Los estudios con NMP en modelos preclínicos de degeneración ósea han posicionado a BETi como una estrategia farmacológica para la prevención o tratamiento de enfermedades óseas caracterizadas por una reabsorción ósea excesiva. Numerosos estudios han demostrado que BETi suprime las respuestas inflamatorias mediadas por TNFa y NF-kB [3,122–124]. NMP promovió el crecimiento de hueso mineralizado que fue bloqueado por TNFa y recuperó la expresión inhibida por TNFa de genes osteoblásticos esenciales, que incluyenalcalinofosfatasa, RUNX2 y SP7/Osterix [125]. Además, NMP promovió la regeneración ósea al mejorar la señalización de BMP2 en los osteoblastos [126] e inhibió la diferenciación de osteoclastos para atenuar la resorción ósea inducida por el activador del receptor del ligando NF-kB [127]. Se demostró que NMP aumenta la viabilidad de los osteoblastos durante la hipoxia y contrarresta la regulación a la baja mediada por la hipoxia de genes clave involucrados en la mineralización, que incluyenalcalinofosfatasa[128]. Mecánicamente, el tratamiento con NMP fue protector al mantener la diferenciación de los osteoblastos durante la hipoxia, en parte al inhibir la señalización de NF-kB. NMP conservó la densidad mineral ósea y la calidad de los huesos en ratas ovariectomizadas [121], mejorando esencialmente la osteoporosis inducida por el agotamiento de estrógenos. Los resultados se verificaron en estudios similares usando N, N-dimetilacetamida [127], o el más potente BETi JQ1, donde el tratamiento revirtió la pérdida ósea inducida por la deficiencia de estrógenos [117]. Estos datos implican que la terapia BETi puede aumentar la masa ósea y mejorar el recambio óseo en los trastornos óseos inflamatorios y potencialmente encrónicoriñónenfermedad.

CONCLUSIÓN

La fosfatasa alcalina circulante es un marcador de riesgo robusto e independiente paracardiovascularenfermedady la mortalidad en la población general ycrónicoriñónenfermedad. La expresión ubicua de la fosfatasa alcalina y su participación en varios procesos fisiopatológicos asociados concardiovascularenfermedad, enfermedad ósea,crónicoriñónenfermedadprogresión, y la disfunción cognitiva lo hace adecuado para multifactorialepigenéticointervenciones. Resultados positivos de los estudios clínicos con la novela BETiapabetalonaimplican un papel para la fosfatasa alcalina como un posible nuevo objetivo de tratamiento cardiovascular. Estudios experimentales con BET adicional es ymicroARNsugieren un potencial terapéutico más amplio paraepigenéticomodulación de la fosfatasa alcalina. Se requiere más investigación para establecer definitivamente la fosfatasa alcalina como un nivel objetivo de tratamiento clínico y para dilucidar el efecto de reducir la fosfatasa alcalina sérica hacia niveles objetivo específicos sobre los resultados clínicos.

Expresiones de gratitud

PM cuenta con el apoyo de subvenciones de ALF Región O¨stergo¨tland, Suecia. KK-Z. cuenta con el respaldo de las subvenciones NIDDK R01- DK095668 y K24-DK091419, así como de subvenciones filantrópicas del Sr. Harold Simmons, el Sr. Louis Chang, el Dr. Joseph Lee y AVEO.

Apoyo financiero y patrocinio

Ninguna.

Conflictos de interés

MH es miembro del consejo asesor clínico renal de Resverlogix Inc. y empleado de Diaverum Suecia, AB. Ha recibido honorarios por consultoría y conferencias de Resverlogix y Amgen. DG y EK son empleados de Resverlogix. KK-Z. es miembro del consejo asesor clínico renal de Resverlogix. PM no tiene ningún conflicto de interés relacionado con este artículo.

REFERENCIAS Y LECTURAS RECOMENDADAS

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