сховати меню

Поліморфізм гена Klotho, патофізіологічні та терапевтичні аспекти


сторінки: 37-39

І.І. Топчій, д.м.н., професор, завідувач відділу профілактики та лікування хвороб нирок при коморбідних станах, ДУ «Національний інститут терапії ім. Л.Т. Малої НАМН України», м. Харків


Десятиліттями вчені шукали гени, котрі регулюють тривалість життя. 1997 року один такий ген був ідентифікований у мишей. Його мутація закінчувалася синдромом, який нагадує передчасне старіння, що включало скорочену тривалість життя, уповільнення росту, судинний кальциноз, статеву атрофію, емфізему й остеомаляцію. Ген назвали іменем богині Klotho, котра в грецькій міфології є однією з трьох богинь долі, які прядуть нитку життя. У статті представлені результати сучасних досліджень та інформація про перші результати вивчення поліморфізму гена Klotho в Інституті терапії ім. Л. Т. Малої. Розглядаються структура білка Klotho, його взаємодія з рецепторами фактора росту фібробластів-23 (FGF23) при захворюваннях нирок та їх ускладненнях в експерименті та клініці. Аналізується ефективність лікарських засобів, які стимулюють вироблення білка Klotho, при лікуванні терапевтичних захворювань.

Відомо, що субстратом еволюційного відбору та факторами причинно-наслідкових зв’язків багатьох захворювань людини є індивідуальні відмінності в комплементарних нуклеотидах, з яких складається ДНК. Ці відмінності називаються однонуклеотидними поліморфізмами (single nucleotide polymorphisms, SNP) (рис. 1). Вони виникають у результаті одиночних мутацій і забезпечують докази наявності зв’язку між генотипом і фенотипом. Для загального розуміння та зручності введений універсальний код для кожного поліморфізму, де rs – скорочення від reference SNP, а далі йде цифровий ідентифікаційний номер [37].

Рис. 1. Дві послідовності ДНК практично ідентичні: лише один SNP (один базовий поліморфізм) розділяє їх

Останніми роками велику увагу в біології та медицині приділяють вивченню поліморфізму гена Klotho [9, 11, 14]. Роль цього гена при людському старінні й серцево-судинних захворюваннях була постульована спочатку на основі спостереження, що в Klotho-дефіцитних мишей проявляється синдром, який нагадує прискорене людське старіння з артеріосклерозом [19]. При цьому було відзначено погіршення ендотелійзалежного розширення судин і зменшений ангіогенез [28].

Ген Klotho, розташований у більшому плечі людської хромосоми 13, містить п’ять екзонів і чотири інтрони, котрі становлять приблизно 50 Кбіт. Найбільша його експресія відзначена в тканинах дистальних канальців нирок, тому поліморфізм гена Klothо привертає особливу увагу нефрологів [21, 25]. Дослідження в людей ідентифікували операторний варіант гена – Klotho Valin-Serin (KL-VS) [24]. Це варіант гаплотипу (сукупність алелей на локусах однієї хромосоми, зазвичай успадкованих разом), який складається з двох підвидів амінокислот – F352V та C370S – і може бути визначений як поодинокий SNP. Ця алель поширена в європейській популяції з частотою 0,16 і містить три мутації в ділянці кодування, одна з яких німа, а дві пов’язані з мутацією F352V та C370S, які змінюють метаболізм білка Кlotho. Наявність таких SNP, як G-395a, rs564481 (C1818T) та rs9536314, за даними експериментальних і клінічних досліджень, пов’язана з тривалістю життя, серцево-судинними захворюваннями й остеопорозом [9, 14, 26]. У біомедичних дослідженнях SNP відіграють неабияку роль, адже їх використовують для порівняння ділянок генома між досліджуваними групами (наприклад, одна група – люди з певним захворюванням, друга – без нього). За даними літератури, приблизно кожна п’ята особа (20%) білої раси є носієм «гена розуму» KL-VS, який збільшує рівень білка Klothо, що впливає на тривалість життя, покращує роботу серця, мозку та нирок [23].

Ми не знайшли в літературі даних про поліморфізм KL-VS гена Klotho в українській популяції. Згідно з результатами нашого обстеження, в 76 хворих на цукровий діабет (ЦД) 2 типу та 29 хворих на гострий коронарний синдром розподіл гено­типів був таким:

  • у хворих на ЦД: F352F (гомозигота за мажорною алеллю) – 75,4%, F352V (гетерозигота) – 24,6%, V352V (гомозигота за мінорною алеллю) – не виявлена. Розподіл алельних варіантів становив: алель 352F – 87,7%, алель 352V – 12,3%;
  • у хворих на гострий коронарний синдром: F352F (гомозигота за мажорною алеллю)– 74,4%, F352V (гетерозигота) – 23,1%, V352V (гомозигота за мінорною алеллю) – 2,6%. Розподіл алельних варіантів становив: алель 352F – 85,9%, алель 352V – 14,1%.

Імовірної різниці в частоті генотипів та алелей досліджуваного поліморфізму в групах пацієнтів у порівнянні з контролем не виявлено, що може бути зумовлено невеликою кількістю спостережень [1, 3].

Дослідження генетичних змін у людей показали, що поліморфізм гена Klotho може бути пов’язаний із тривалістю життя завдяки його участі в регуляції багатьох внутрішньоклітинних біохімічних шляхів, включаючи зміни контролю за активністю сиртуїнів, профілю ліпідів і метаболізму глюкози [14, 18, 24]. Сиртуїни– сімейство НАД-залежних деацетилаз і АДФ-рибозилтрансфераз, які деацетилюють ядерні гістони за залишками лізину, що сприяє конденсації хроматину та виключенню тих генів, продукти яких наразі клітині не потрібні чи можуть навіть виявитися шкідливими [26, 29]. За сучасними уявленнями, в основі механізму клітинного старіння лежить поступова втрата активності сиртуїнів, у результаті чого в клітинах накопичуються вільнорадикальні пошкодження й ­розвиваються запальні процеси [27, 31, 49]. Вважають, що якщо людина має одну копію варіанта гена Klotho (KL-VS), то вона житиме довго без серцево-судинних катастроф, а дві копії скорочують тривалість життя та підвищують ризик інсульту [35, 45]. Встановлено також, що наявність однієї копії KL-VS супроводжується вищою концентрацією циркулюючого білка Klotho в крові [50]. Кілька груп дослідників пов’язали статус KL-VS із тривалістю життя, хворобою коронарних артерій і щільністю кісток [11, 12, 33, 41]. Припускають, що білок Klotho може охороняти серцево-судинну систему за допомогою оксиду азоту, котрий виділяється з ендотелію [4, 29, 31, 34].

Щоб визначити, чи пов’язаний поліморфізм KL-VS зі здоровим старінням і тривалістю життя, H.-K. Kim і B.-H. Jeong проаналізували генотип і частоту алелів KL-VS у великій корейській популяції. Варіанта KL-VS у обстежених не виявлено [15], але два інші – G-395A та C1818T – асоціювалися із серцево-судинною хворобою в жінок [32, 45].

Рис. 2. Мембранозв’язаний Klotho містить невеликий внутрішньоклітинний, трансмембранний і великий позаклітинний домени. Останній складається з двох гомологічних доменів KL1 і KL2. Протеолітичні розщеплення відбуваються в зазначених сайтах α та β, даючи початок розчинним білкам Klotho, що включають увесь позаклітинний домен або окремі домени KL1 і KL2 (Mencke et al., 2017)

Ген Klotho кодує однойменний білок – мРНК α-Klotho, що експресується в різних тканинах, включаючи нирки, серце, аорту, товсту кишку, гіпо­фіз, щитоподібну та підшлункову залози, гонади [9, 10, 36]. Білок Klotho існує у двох формах: трансмембранного білка 1 типу та секреторної форми, котра утворюється шляхом втрати ектодомену мембранного Klotho або через відмінності в зрощуванні мРНК (рис. 2). Секреторний Klotho характеризується глікозидазною активністю й виділяється в кров, сечу та цереброспінальну рідину, потенційно діючи як фермент або гормон, що регулює функції екстраренальних органів [25, 43]. Найбільша його експресія відзначена в тканинах дистальних канальців нирок. Показано, що нирковий транскрипт α-Klotho та концентрація цього білка зменшені у гризунів із хронічною хворобою нирок, при ішемії-реперфузії, гломерулонефриті, метаболічному синдромі та ЦД у людей [19, 20].

Зменшення концентрації α-Кlotho було також зареєстровано при гострому пошкоджені нирок у гризунів і людей [30, 38]. Трансмембранний білок Klothо експресується переважно в нирках, де працює як корецептор для зв’язування фосфатоніну FGF23, відіграючи головну роль у регулюванні синтезу кальцитріолу й екскреції фосфатів. У попередніх дослідженнях за участю 149 хворих на ЦД та гіпертонічну хворобу нами було встановлено, що в пацієнтів із діабетичною нефро­патією (ДН) підвищення рівнів FGF23 залежить від стадії захворювання. Уже на ранніх стадіях ДН виявлялися високі рівні FGF23, які майже вдвічі перевищували контрольні показники. Найвищі рівні цього показника були виявлені на пізніх стадіях захворювання. У хворих на ДН підвищення рівнів FGF23 асоціювалося з тривалістю та ступенем компенсації ЦД, була відзначена кореляція між умістом FGF23 та функціональним станом нирок: зворотна – зі швидкістю клубочкової фільтрації, пряма – з мікроальбумінурією [2]. Отже, збільшення вмісту FGF23 може бути зумовлено порушенням синтезу білка Klothо, адже α-Кlotho працює як фактор, що підвищує спорідненість ліганду FGF23 до рецептора FGFR (рис. 3).

Рис. 3. α-Klotho – неферментативний молекулярний каркас для передачі сигналів FGF23 (Chen et al., 2018)

Зв’язування FGF23 з рецептором FGFR ініціює каскад передачі сигналів, який у підсумку сприяє збільшенню екскреції фосфатів нирками та зменшенню адсорбції фосфатів у кишечнику, таким чином зберігаючи фосфатний гомеостаз [10, 12]. Клінічні дослідження також показали, що в пацієнтів із хворобами нирок рано зменшується вміст білка Klotho й у сироватці, й у сечі, а його рівні зворотно корелюють із тяжкістю перебігу хвороби нирок та її прогресуванням [36].

На сьогодні відсутні методи лікування, засновані на Klotho, хоча чимало ліків, які зазвичай застосовують при внутрішніх хворобах, прямо стимулюють Klotho in vitro, зокрема агоністи PPAR-γ [47]. Позитивно впливають на вироблення Klotho чи блокують його інгібування in vivo вітамін D [13], тестостерон [16], ресвератрол [17, 20]. У китайській традиційній медицині для лікування різних клінічних порушень, включаючи ЦД, атеросклероз і хвороби нирок, широко використовують діоксиантрахінонкарбонову кислоту – мономер похідних антрахінону, виділених із ревеню [48]. Діоксиантрахінонкарбонова кислота має нефропротекторні властивості при лікуванні ДН, IgA-нефропатії та гломерулосклерозі [7, 22]. У ході клінічних і експериментальних досліджень було показано, що діоксиантрахінонкарбонова кислота позитивно впливає на клітинні процеси, такі як обмін глюкози та ліпідів, оксидантний стрес, запалення, фіброгенез тканин і онкогенез [51]. Лікування діоксиантрахінонкарбоновою кислотою ефективно покращувало порушену біохімію сироватки крові й сечі, вміст FGF23 та інтактного паратиреоїдного гормона, зменшувало пошкодження нирок і кісток у Klotho-залежній манері. Ці дані узгоджуються з попередніми спостереженнями, згідно з якими Klotho-спрямовані стратегії з такими реагентами, як рапаміцин [2, 47], ресвератрол [5, 6, 8] і тестостерон [7], запобігали пошкодженням нирки та зменшували спричинені ними судинні кальцинози [34, 38, 42]. Разом із тим клітинні цілі для діоксиантрахінонкарбонової кислоти ще остаточно не ідентифіковані, а основні молекулярні механізми цілковито не вивчені. Оскільки функціональний ланцюг зв’язку між діоксиантрахінонкарбоновою кислотою та гормоном Klotho до кінця не визначений, не ясно, чи опосередковані захисні властивості діоксиантрахінонкарбонової кислоти впливом безпосередньо на Klotho. Зважаючи на це, наразі застосування діоксиантрахінонкарбонової кислоти в клінічній практиці в країнах Європейського Союзу не набуло поширення.

Більшої уваги нині приділяють вивченню препарату ресвератрол з огляду на його потенційний терапевтичний ефект щодо захворювань і патологічних станів, пов’язаних зі старінням [8]. Ресвератрол, за даними різних авторів, виявляє плейотропні позитивні ефекти, зокрема антиоксидантний, протизапальний, кардіозахисний і омолоджувальний, збільшує тривалість життя [6]. Інгібування ядерного фактора каппа B (NF-kB) ресвератролом знижує експресію медіаторів запалення, підвищує активність антиоксидантних ферментів, синтази оксиду азоту ендотеліального типу та пригнічує NADPH-оксидази [40]. Препарат добре переноситься хворими: практично відсутні дані про його побічні ефекти, що сприяє застосуванню ресвератролу як терапевтичного засобу [38]. Наведені факти свідчать про необхідність подальших досліджень у цьому напрямі, але вже на сьогодні очевидно, що порушення фосфорно-кальцієвого обміну, зміни кількості FGF23 та білка Klotho можуть бути факторами ризику розвитку ускладнень у хворих на ЦД та ДН, отож їх клінічне значення має вивчатися для ідентифікації та лікування пацієнтів із високим ризиком.

Отже, поліморфізм гена Klotho використовують у генетичному картуванні як маркер із високою роздільною здатністю для визначення ризиків перед­часного старіння, перебігу хвороб нирок та їх ускладнень. Знання про поліморфізм гена Klotho сприяє цілеспрямованому застосуванню засобів, які стимулюють вироблення однойменного білка, при лікуванні терапевтичних захворювань.

Список літератури знаходиться в редакції.

Поділитися з друзями:

Партнери