A vashiány egy autoszomális domináns hipofoszfatémiás rachita (ADHR) fenotípust vezérel a fibroblaszt növekedési faktor-23 (Fgf23) knock-in egerekben

Szerző összefoglalása

Célunk az volt, hogy teszteljük a vashiányt, mint a későn kialakuló ADHR okát, és meghatározzuk a késleltetett betegség fenotípusához hozzájáruló gének, fehérjék és molekulák kölcsönhatását. Itt bemutatjuk, hogy a vashiány lényegesen növeli az Fgf23 mRNS szintjét mind a vad típusú egerek (kontrollok), mind azoknál az egereknél, amelyek genetikailag megváltoztak, hogy Fgf23 mutációt hordozzanak, amely emberben ADHR-t okoz (ezeket az egereket „ADHR R176Q-Fgf23 kopogásnak” nevezték el. -egerekben). Kimutattuk, hogy az Fgf23 mRNS fokozott expressziója valószínűleg a vas érzékelésében szerepet játszó kulcsutak aktiválásán keresztül következik be. Fontos, hogy a vad típusú egerek proteolitikusan hasították az Fgf23 fehérje feleslegét kisebb darabokra a normális foszfát-anyagcsere fenntartása érdekében. Ezzel szemben az R176Q-Fgf23 kopogtató egerek proteolízise veszélybe került, ami az intakt szérum Fgf23 és a hipofoszfatémiás csontbetegség emelkedett szintjét eredményezte, összhangban a későn megjelenő ADHR fenotípussal. Így munkánk alátámasztja azt az elképzelést, hogy a vashiány szabályozza az Fgf23 és a foszfát anyagcserét, és hogy az ADHR-t a gén-környezet kölcsönhatások okozzák.

Az ADHR spektrum az érintett személyek két alcsoportját tartalmazza: Az egyik alcsoport azokból a betegekből áll, akik gyermekkorukban foszfátvesztéssel, angolkórral és az alsó végtag deformációjával jelentkeznek; a második alcsoport azokból áll, akiket gyermekkorban nem érintenek, de klinikailag később, serdülőkorban vagy felnőttkorban jelentkeznek (1). A vashiány szerepének teszteléséhez az Fgf23 és az ADHR in vivo megjelenésének szabályozásában (azaz magában a szervezetben) a vad típusú és az R176Q-Fgf23 knock-in (ADHR) egereket normál (kontroll) vagy alacsony vas diéták 8–12 hétig. Az alacsony vastartalmú étrend csökkentette a szérum vasszintjét mind a vad típusú, mind az ADHR egerekben, és hasonló mértékű vashiányos vérszegénységet okozott mindkét csoportban a kontrollokhoz képest. Érdekes módon az alacsony vas-tartalmú étrend csak hipofoszfatémiát és csont osteomalaciát (helytelen mineralizációt) eredményezett csak az alacsony vas-diétát kapó ADHR egereknél, a többi csoportnál azonban nem. Ezenkívül az alkalikus foszfatáz (a hipofoszfatémiás csontbetegség markere) csak az alacsony vas tartalmú étrendben emelkedett az ADHR egerekben, és a szérum kalciumban vagy a mellékpajzsmirigy-hormonban nem észleltek olyan változásokat, amelyek elősegítik a szérum kalcium növekedését. Ezek a csontváz- és biokémiai fenotípusok párhuzamosak a későn megjelenő ADHR-ben szenvedőkével.

A későn megjelenő ADHR mechanizmusainak teszteléséhez a szérum Fgf23 értékét a kezelt egerekben mértük szérum vizsgálatokkal, amelyek intakt, bioaktív Fgf23 vagy intakt és C-terminális Fgf23 fehérjét mértek. Jelentősége van, hogy mind a vad típusú, mind az ADHR egereknél, akik alacsony vas-étrendet kaptak, jelentősen megemelkedett a C-terminális Fgf23; az alacsony vastartalmú étrendben lévő vad típusú egerek normális intakt Fgf23 szintet mutattak, jelezve, hogy ezek az állatok az Fgf23 fehérje aktív proteolízise révén képesek voltak szabályozni a foszfát homeosztázist. Ezzel szemben az alacsony vastartalmú étrenden lévő ADHR egerek intakt és C-terminális Fgf23 szintje megemelkedett, ami azt mutatja, hogy az intakt Fgf23 hasítást károsította az Fgf23 ADHR R176Q mutáció, ami hipofoszfatémiás csontbetegséget eredményezett. Az emelkedett szérum Fgf23 potenciális forrásainak teszteléséhez ezután megvizsgáltuk az Fgf23 expresszióját a két különböző étrendet kapó egerek csontjaiban. Az alacsony vastartalmú étrendben lévő vad típusú és ADHR egerek az Fgf23 mRNS és a fehérje szintjének jelentős növekedését mutatták 8 és 12 héten belül a megfelelő kontroll egerekhez képest (összefoglalva a P1. Ábrán).

Vashiány és az FGF23 szabályozása a későn megjelenő ADHR-ben. A vashiány fokozza az Fgf23 mRNS és a fehérje csont expresszióját in vivo. Ezenkívül a vas-kelát és a HIF1α aktivációja összefügg az Osteoblastos sejtvonalban megnövekedett Fgf23 mRNS-sel. Megmutatjuk továbbá, hogy a vad típusú FGF23 hormon feleslege proteolitikusan hasad az intakt FGF23 normál szérumkoncentrációjának és a megfelelő foszfát-anyagcsere (kék útvonalak) fenntartása érdekében. Ezzel szemben az R176Q-FGF23 proteolízise veszélybe kerül, ami az intakt FGF23 szérumkoncentrációjának növekedését, hipofoszfatémiát és oszteomaláciát (vörös utak) eredményezi.

A csontsejtek vashiányra adott válaszainak elkülönítésére a csontszövetből származó sejtvonalat (az UMR-106 oszteoblasztikus sejtvonalat) a terápiás vaskelátképző deferoxaminnal (DFO) kezeltük a teljes vaskontroll csökkentése érdekében. A DFO-kezelés az Fgf23 mRNS szignifikáns növekedését és az intracelluláris szignalizáció emelkedését eredményezte; ezeket a hatásokat gátlók blokkolták. Ezenkívül a hipoxia-indukálta faktor (HIF) HIF1α transzkripciós faktorát, amelyről ismert, hogy reagál a sejtszintű redukcióra, DFO-val és egy specifikus HIF-aktivátorral, 1 -mimozinnal (1 -MIM) stabilizáltuk. Ezzel párhuzamosan az l-MIM kezelés szintén jelentősen stimulálta az Fgf23 mRNS expresszióját, ami az Fgf23 mRNS transzkripciójának növekedését vonta maga után HIF1a-val, mint a megemelkedett Fgf23 molekuláris alapját vashiány alatt (P1. Ábra).

Ez a munka a következő fogalmakat támasztotta alá: (i) a vashiány in vivo indukálhatja az ADHR biokémiai és csontváz-fenotípusait egy modellállatban; (ii) a 176RXXR179 SPC helye kritikus a keringő Fgf23 normális szabályozásához egy másodlagos szabályozási lépésben; és (iii) az Fgf23 termelés a vashiányérzékeléssel kapcsolatos transzkripciós utak mögött van (azaz reagál vagy vezérli azokat). Eredményeink azt mutatják, hogy az ADHR, más emelkedett FGF23-as betegségekkel ellentétben, egy olyan szindróma, amelyet gén-környezet interakciók okozhatnak, ahol az ADHR mutáció és a megváltozott vasállapot együttes jelenléte képes a betegség fenotípusának kialakítására.

Az FGF23 ADHR mutációk azonosítása óta nehéz összehangolni a foszfátkezeléssel kapcsolatos jelenlegi ismereteinket a betegek ADHR kialakulásával. Normál körülmények között az FGF23 expresszióját erősen csökkenti a hipofoszfatémia; ezért a szérum foszfátszint csökkenésével a szérum FGF23 koncentrációinak normalizálódniuk kell az FGF23 gén transzkripciós repressziójával. Az a tény, hogy az ADHR-betegek nem tudják elnyomni az FGF23-ot, arra utal, hogy a hagyományos kalcium-foszfát endokrin tengelyen kívüli inger, nevezetesen a vashiány, az őszinte hipofoszfatémia ellenére erősen stimulálhatja az Fgf23 termelést, amint azt az ADHR egereknél megfigyeltük. Ezek az eredmények új diagnosztikai monitorozáshoz és terápiás megközelítésekhez vezethetnek az ADHR és a káros foszfát-anyagcsere gyakori rendellenességei, például krónikus vesebetegség-ásványi csont rendellenességek számára.

Lábjegyzetek

↵ 1 Kinek kell címezni a levelezést. E-mail: kenewhitiupui.edu .

Szerző közreműködései: E.G.F. és K.E.W. tervezett kutatás; E.G.F., X.Y., L.J.S., S.I.D., M.R.A., A.G.R., K.R.S., V.J., M.J.M., H.J.G., R.V., R.J.C., C.B.G. és K.E.W. végzett kutatás; J.C.F., M.R.A., A.G.R., R.V., R.J.C. és M.P. új reagensekkel/analitikai eszközökkel járult hozzá; E.G.F., S.L.H. és K.E.W. elemzett adatok; és E.G.F., J.C.F., S.L.H., M.P. és K.E.W. írta a lap.

Összeférhetetlenségi nyilatkozat: K.E.W. jogdíjat kap az FGF23 gén licenceléséért a Kyowa Hakko Kirin Co. Ltd.-nek és M.P. klinikai vizsgálatban vesz részt a Kyowa Hakko Kirin Co. Ltd.-nél.

Ez a cikk a PNAS közvetlen benyújtása.

Lásd a teljes kutatási cikket a www.pnas.org E1146 oldalon.

Idézze ezt a szerzői összefoglalót: PNAS 10.1073/pnas.1110905108.