10435-13736-1-PB, Tutaj wrzucacie
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->PRACA POGLĄDOWAForum Nefrologiczne2009, tom 2, nr 2, 69–73Copyright © 2009 Via MedicaISSN 1899–3338www.fn.viamedica.plJolanta MałyszkoKlinika Nefrologii i Transplantologii Uniwersytetu Medycznego w BiałymstokuBiałko Klotho a przewlekła choroba nerekSTRESZCZENIEW 1997 roku dr Kuro-o i wsp. odkryli gen Klothoi nazwali go imieniem jednej z Mojr (tej, która nawija-ła na wrzeciono nić życia). Ekspresja białka Klothozachodzi w różnych tkankach, szczególnie cewkachdystalnych w nerce, splocie naczyniówkowymw mózgu oraz w przytarczycach. Białko Klotho mateż aktywnośćb-glukuronidazy.Zwierzęta pozbawio-ne tego genu wykazują cechy przedwczesnego sta-rzenia się. Jest ono kofaktorem dla czynnika wzro-stowego fibroblastów 23 (FGF23). Czynnik FGF23 tojeden z najnowszych członków rodziny FGF — po-chodzący z kości hormon fosfaturyczny, który ha-muje nerkową reabsorpcję fosforanów i powodujeich wydalanie oraz — poprzez hamowanie 1a-hy-droksylazy i stymulowanie 24-hydroksylazy — po-woduje zmniejszenia stężenia 1,25(OH) witaminy D3.System Klotho/FGF23 ma zatem przeciwstawnedziałanie do witaminy D poprzez działanie: 1a-hy-droksylazy (w nerce), 24-hydroksylazy (w nerce)oraz PTH (w przytarczycach). Efektem tego jestzmniejszenie stężenia witaminy D3. Stężenie białkaKlotho jest zmniejszone w przewlekłej chorobie ne-rek. Myszy bez genu Klotho i pacjenci ze schyłkowąniewydolnością nerek mają wspólne cechy, takie jak:hiperfosfatemia, zwapnienia naczyń czy wysokie stę-żenie FGF23. Z drugiej strony białko Klotho powodujepowstanie insulinooporności i wszystkie związanez tym konsekwencje. Czyżby to była cena za wydłu-żenie życia przy „nadaktywnym” genie Klotho?Forum Nefrologiczne 2009, tom 2, nr 2, 69–73Słowa kluczowe: białko Klotho,choroba nerek, FGF23, witamina D3przewlekłaWSTĘPW greckiej mitologii Klotho (gr.Klwqw’‘ta, która przędzie nić’) była najmłodsząz Mojr (w mitologii rzymskiej Parki; ryc. 1).Klotho nawijała na wrzeciono nić życia. We-długTeogoniiHezjoda ona i jej siostry, Atro-pos (splatała nić w tkaninę) i Lachesis (zry-wała nić życia), były córkami Nocy. W 1997roku dr Kuro-o i wsp. odkryli gen, który na-zwali właśnie imieniem Klotho [1]. Gen Klo-tho (ma on ponad 50kDa, 5 eksonów) znaj-duje się na chromosomie 13. Myszki Klotho(ryc. 2) powstały przez przypadek, jako jednaz linii transgenicznych myszek (mutacja inser-cyjna jednego genu i potem rozpad genóww tym miejscu), która wydawała się bezużytecz-na aż do momentu, gdy okazało się, że homo-zygoty już w 4. tygodniu mają fenotyp starze-nia się, a giną około 2. miesiąca. Może zatemgen Klotho opóźnia efekt starzenia się, wpły-wa na osteoporozę, zapobiega miażdżycy naczyńczy utracie sprawności mięśni? Hiperfosfatemiai hiperkalcemia są obserwowane w 3.–4. tygo-dniu życia myszek, czyli 2 tygodnie wcześniej,zanim pojawiają się pierwsze oznaki starzeniasię, takie jak zwapnienia naczyń przypomi-nające zwapnienia środkowej części aortytypu Monckeberga (arteriosclerosis), zwap-nienia u osób w podeszłym wieku, cukrzycy,przewlekłej chorobie nerek, w której wystę-pują także zwapnienia małych tętnic w ner-kach [2–5]. Z kolei myszki z „nadaktywnym”genem Klotho żyją dłużej niż normalne (sa-miczki o 19% i samce o 31%), ale mają mniejmysząt i rozwija się u nich insulinooporność,a w konsekwencji cukrzyca (czyżby to byłacena za długowieczność?) [6].U myszek Klotho cechy starzenia się obej-mują: skrócenie czasu przeżycia, opóźnieniewzrostu, hipogonadyzm, przedwczesną inwolu-cję grasicy, zanik skóry, zaniki mięśniowe,Adres do korespondencji:prof. dr hab. med. Jolanta MałyszkoKlinika Nefrologiii Transplantologii UMul. Żurawia 14, 15–540 Białystoke-mail: jolmal@poczta.onet.pl69nym białku Klotho. Jest to prawdopodobniezwiązane z faktem, że we wszystkich genachz rodzinyb-glukuronidazreszty aminokwasowe,niezbędne do posiadania tej aktywności enzy-matycznej, są takie same, zaś w rekombinowa-nym białku Klotho zostały one zastąpione inny-mi aminokwasami. Natomiast dodanie sztucz-nych substratów do tej rekombinowanej domenybiałka Klotho powoduje pojawienie się aktyw-nościb-glukuronidazy[11]. Ekspresja białkaKlotho zachodzi w różnych tkankach, szczegól-nie cewkach dystalnych w nerce, splocie naczy-niówkowym w mózgu oraz w przytarczycach [1].BIAŁKO KLOTHO A NERKIBiałko Klotho (ryc. 3) istnieje w nercew dwóch formach:— związane z błoną (komórki nabłonka ce-wek —renal epithelial cell),— wydzielnicze (secreted) — krew, płyn móz-gowo-rdzeniowy, mocz.Koh i wsp. [12] oceniali bioptaty pocho-dzące od 10 pacjentów z klinicznymi i histo-patologicznymi rozpoznaniami przewlekłejchoroby nerek. Stwierdzili oni, że poziom eks-presji genu Klotho (oceniany metodąRNaseprotection assay)i ekspresja białka Klotho(oceniana przy użyciuWestern bloti immuno-histochemicznie) były istotnie obniżone u tychpacjentów. Sugeruje to, że obniżona ekspresjagenu Klotho może się przyczyniać do wielu po-wikłań przewlekłej choroby nerek. Czynnikwzrostowy fibroblastów 23 (FGF23) (ryc. 4) tojeden z najnowszych członków rodziny FGF —pochodzący z kości hormon fosfaturyczny, któ-ry hamuje nerkową reabsorpcję fosforanówi powoduje ich wydalanie oraz — poprzezhamowanie 1a-hydroksylazy i stymulowanie24-hydroksylazy — powoduje zmniejszenia stę-żenia 1,25(OH)2witaminy D3. Mutacja typugain-of-functionpowoduje utratę fosforanów(krzywica hipofosfatemiczna ADHR, autoso-malna, dominująca u ludzi), zaś mutacja typuloss-of-functionpowoduje retencję fosforanów(hiperfosfatemia u myszy FGF23knockout)[13–18]. Myszy pozbawione genu Klotho mająponad 1000 razy wyższe stężenia FGF23 niżtyp dziki. Z kolei fenotyp myszek pozbawio-nych genu Klotho, bardzo podobny do myszekpozbawionych genu dla FGF23, jest praktycz-nie taki sam [19]. Pojawia się zatem pytanie,czy Klotho ma związek z przekazem sygnałuFGF23? Sugerować to może działanie tychdwóch hormonów na podobnym szlaku sygna-lizacyjnym. Otóż okazało się, że białko Klo-Rycina 1.Mojry (Parki). Klotho (oznaczona strzałką) nawijała na wrzeciono nić życia. WedługTeogoniiHezjoda ona i jej siostry, Atropos (splatała nić w tkaninę) i Lachesis (zrywała nićżycia), były córkami NocyRycina 2.Myszki KlothovvObniżona ekspresjagenu Klotho może sięprzyczyniać do wielupowikłań przewlekłejchoroby nerekcczwapnienia naczyń, osteoporozę, rozedmępłuc, zwapnienia ektopowe, degenerację neu-ronów ruchowych i upośledzenie słuchu.W dodatku kilka polimorfizmów (dotyczącychjednego nukleozydu) ludzkiego genu Klothojest związanych z czasem przeżycia, występo-waniem osteoporozy, udaru, choroby niedo-krwiennej serca, sugerując potencjalną rolętego genu w regulacji procesu starzenia się orazschorzeń związanych z wiekiem [7–9]. Ponad-to homozygotyczna mutacja typumissenceludzkiego genu Klotho powoduje istotne zwap-nienia naczyń oraz hiperfosfatemię — zmianyobserwowane także u myszek pozbawionychgenu Klotho (Klotho-deficientmice)[10]. GenKlotho koduje pojedyncze białko przezbłono-we. Domena zewnątrzkomórkowa ma dwiedomeny homologiczne z sekwencją podobnądob-glukuronidazyroślin i bakterii. AktywnośćKlotho jest podobna dob-glukuronidazy,acz-kolwiek nie obserwuje się jej w rekombinowa-70Forum Nefrologiczne 2009, tom 2, nr 2tho wiąże się z różnymi receptorami dla FGF(1, 2, 3, 4; może być nawet 30–40 izoform tychreceptorów), a głównie wiąże się z receptora-mi 1c, 3c i 4c dla FGF. Kompleks Klotho//FGFR wiąże się z FGF23, zaś FGF23 potrze-buje Klotho do aktywacji drogi przekaźniko-wej FGF. Zatem Klotho funkcjonuje jako nie-zbędny koreceptor dla FGF23. Aktywacja sys-temu FGF23/Klotho prowadzi do ujemnegobilansu fosforanowego poprzez: pobudzaniewydalania fosforanów w cewce proksymalnejoraz hamowanie nerkowej produkcji witami-ny D w cewkach proksymalnych [20, 21].HISTORIA WITAMINY D — ROLA KLOTHO?U pacjentów z przewlekłą chorobą nerek(eGFR < 60 ml/min) częstość występowanianiedoboru witaminy 25(OH)D3wynosi 12%(stężenie < 15 ng/ml) zaś witaminy 1,25(OH)2D3— 32% (stężenie < 22 pg/ml) [22]. W gru-pie chorych po zabiegu transplantacji nerki(w różnym czasie po transplantacji) stwier-dzono niedobór witaminy D3aż u 75,5% [23].W skórze zachodzi konwersja witaminy D3donieaktywnych steroli, głównie na drodze enzy-matycznej poprzez cytochrom CYP24A1 do24,25-(OH)2D3i 1,24,25-(OH)2D3[24]. Cyto-chrom ten jest pobudzany przez 1,25-(OH)2D3,dietę wysokofosforanową oraz FGF23. Liui wsp. [16] wykazali, że kalcytriol powoduje za-leżne od dawki zwiększenie stężenia FGF23.System Klotho/FGF23 ma zatem prze-ciwstawne działanie do witaminy D poprzezdziałanie 1a-hydroksylazy (w nerce), 24-hy-droksylazy (w nerce), oraz PTH (w przytarczy-cach). Efektem tego jest zmniejszenie stęże-nia witaminy D3.ENIGMA KLOTHO/FGF23Reabsorpcja fosforanów i synteza witami-ny D zachodzi głównie z cewkach proksymal-nych. Największa ekspresja genu Klotho zacho-dzi w cewkach dystalnych. Co zatem robi biał-ko Klotho w cewkach dystalnych, jaka jest jegorola? Otóż Klotho może być złuszczane i roz-szczepiane na powierzchni komórki przez pro-teazę błonową ADAM10 i wydzielane do prze-strzeni pozakomórkowej. U szczurów, którympodawano dożylnie rekombinowane białkoKlotho, zaobserwowano spadek stężenia fos-foranów w surowicy oraz fosfaturię. Ponadto,wydzielnicze (secreted) Klotho powoduje fos-faturię niezależnie od FGF23. W warunkachfizjologicznych 70–80% fosforanów jest reab-Rycina 3.Białko Klotho — zapobieganie rozwojowi i progresji przewlekłej choroby nerekRycina 4.Mechanizm działania FGF23Rycina 5.Gospodarka Ca-P w przewlekłej chorobie nerek (stadium 5)sorbowanych w cewkach proksymalnych.W cewkach proksymalnych kotransporter fos-foranów typu 2a znajduje się na rąbku szczo-Jolanta Małyszko,Białko Klotho a przewlekła choroba nerek71teczkowym lub błonie apikalnej i pierwotnieodpowiada za wychwyt fosforanów z przesączucewkowego. Białko Klotho powoduje usuwa-nie glikanów z kotransportera Na/P i kanałuwapniowego-TRPV5. Białko Klotho wykazujeaktywnośćb-glukuronidazy,poprzez częściowąglikozylację TRPV5 ułatwia „wciągnięcie”tego kanału wapniowego do błony komórko-wej i tym samym ułatwia translokację Ca2+dokomórek. Syntezę białka Klotho stymulują za-równo PTH, jak i 1,25(OH)2D. EkspresjęTRPV5 zwiększa też bradykinina i alkalizacjatworzącego się moczu, zaś wzrost stężenia H+w tworzącym się moczu zmniejsza liczbę kana-łów TRPV5 i wchłanianie zwrotne Ca2+przezcewki nerkowe [25–27]. Zatem wydzielniczeKlotho jest endokrynnym regulatorem funkcjiglikoprotein na powierzchni komórek.DLACZEGO NIEDOBÓR KLOTHO/FGF23WYGLĄDA JAK STARZENIE SIĘ?Ograniczenie spożycia fosforanów znosiwiele fenotypowych objawów starzenia sięu myszek Klotho–/– i FGF23–/– [28]. Zmniej-szenie podaży witaminy D w diecie powodujespadek stężenia fosforanów w surowicy i zno-si wiele fenotypowych objawów starzenia sięu myszek Klotho–/– i FGF23–/– [29]. Prowa-dzi to do kolejnych pytań. Czy zatem fenotyp„starzenia się” jest spowodowany przez „tok-syczność fosforanów” [30]. Czy fosforany przy-spieszają starzenie się? Czy zmniejszenie po-daży fosforanów spowalnia starzenie się?PRZEWLEKŁA CHOROBA NEREK— CZY JEST TO NIEDOBÓR KLOTHO?Stężenie Klotho jest zmniejszone w prze-wlekłej chorobie nerek [12]. Myszy bez genuKlotho i pacjenci ze schyłkową niewydolnościąnerek mają wspólne cechy, takie jak: hiperfos-fatemia, zwapnienia naczyń oraz wysokie stę-żenie FGF23. Wydaje się, że wydzielnicze Klo-tho zapobiega rozwojowi przewlekłej chorobynerek. U myszy transgenicznych (Tg-Klmice)w modelu przewlekłej choroby nerek (nefrek-tomia jednostronna i częściowa po drugiej stro-nie) nie rozwijają się cechy choroby (taki samklirens kreatyniny, białkomocz, stężenia wap-nia, fosforanów czy kreatyniny jak w grupiekontrolnej u zwierząt pozornie operowanych—sham operated)[31, 32].Białko Klotho można oznaczać w suro-wicy, przy użyciu metody SRM (selectionre-action monitoring).Z próbek poprzez przesą-czanie na kolumnach usuwa się część białka(12 górnych frakcji), potem występuje trawie-nie trypsyną, wymiana kationów i na anali-zatorze SRM Quantum Ultra. U zdrowychosób średnie stężenie Klotho w surowicy wy-nosi 17 ng/ml (142 pM), zaś w ESRD — około2 ng/ml (ASN, San Diego 2008).„DRUGA STRONA KSIĘŻYCA”Klotho zaburza fosforylację, w której po-średniczy insulina, blokuje stymulowany insu-liną wychwyt glukozy i powoduje obniżeniemalonylu koenzymu A, promując w ten sposóbpowstawanie oksydowanych kwasów tłuszczo-wych. Białko Klotho powoduje powstanie in-sulinooporności i wszystkie związane z tymkonsekwencje [33]. Czyżby to była cena za wy-dłużenie życia przy „nadaktywnym” genie Klo-tho? Konsekwencjami wydłużenia życia, w któ-rym istotną rolę wydaje się odgrywać białkoKlotho, są pojawiające się problemy związanez insulinoopornością, a następnie rozwojem cu-krzycy z jej konsekwencjami. Są to zatem pro-blemy z którymi boryka się współczesna cywi-lizacja i medycyna, stworzona na jej potrzeby.Piśmiennictwo1. Kuro-o M., Matsumura Y., Aizawa H. i wsp. Mutation of themouse Klotho gene leads to a syndrome resembling age-ing. Nature 1997; 390: 45–51.2. Nagai T., Yamada K., Kim H.C. i wsp. Cognition impairmentin the genetic model of aging Klotho gene mutant mice:a role of oxidative stress. Faseb J. 2003; 17: 50–52.3. Kamemori M., Ohyama Y., Kurabayashi M. i wsp. Expres-sion of Klotho protein in the inner ear. Hear. Res. 2002; 171:103–110.4. Anamizu Y., Kawaguchi H., Seichi A. i wsp. Klotho insuffi-ciency causes decrease of ribosomal RNA gene transcrip-tion activity, cytoplasmic RNA and rough ER in the spinalanterior horn cells. Acta Neuropathol. (Berl.) 2005; 109:457–466.5. Yoshida T., Fujimori T., Nabeshima Y. Mediation of unusuallyhigh concentrations of 1,25-dihydroxyvitamin D in homozy-gous Klotho mutant mice by increased expression of renal1alpha-hydroxylase gene. Endocrinology 2002; 143: 683–689.6. Kurosu H., Yamamoto M., Clark J.D. i wsp. Suppression ofaging in mice by the hormone Klotho. Science 2005; 309:1829–1833.7. Arking D.E., Atzmon G., Arking A., Barzilai N., Dietz H.C.Association between a functional variant of the KLOTHOgene and high-density lipoprotein cholesterol, blood pres-sure, stroke, and longevity. Circ. Res. 2005; 96: 412–418.8. Arking D.E., Becker D.M., Yanek L.R. i wsp. KLOTHO allelestatus and the risk of early-onset occult coronary arterydisease. Am. J. Hum. Genet. 2003; 72: 1154–1161.72Forum Nefrologiczne 2009, tom 2, nr 29. Arking D.E., Krebsova A., Macek M. Sr i wsp. Associationof human aging with a functional variant of klotho. Proc.Natl. Acad. Sci. USA 2002; 99: 856–861.10. Ichikawa S., Imel E.A., Kreiter M.L. i wsp. A homozygousmissense mutation in human KLOTHO causes severe tu-moral calcinosis. J. Clin. Invest. 2007; 117: 2684–2691.11. Tohyama O., Imura A., Iwano A., Freund J.N., Henrissat B.,Fujimori T., Nabeshima Y. Klotho is a novel beta-glucu-ronidase capable of hydrolyzing steroid beta-glucuronides.J. Biol. Chem. 2004; 279: 9777–9784.12. Koh N., Fujimori T., Nishiguchi S. i wsp. Severely reducedproduction of Klotho in human chronic renal failure kidney.Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001; 280: 1015–1020.13. Yamashita T., Yoshioka M., Itoh N. Identification of a novelfibroblast growth factor, FGF-23, preferentially expressed inthe ventrolateral thalamic nucleus of the brain. Biochem.Biophys. Res. Commun. 2000; 277: 494–498.14. White K.E., Evans W.E., O’Rlordan J.L.H. i wsp. Autosomaldominant hypophosphataemic rickets is associated withmutations in FGF23. Nat. Genet. 2000; 26: 345–348.15. Goetz R., Beenken A., Ibrahimi O.A. i wsp. Molecular insightsinto the Klotho-dependent, endocrine mode of action of FGF19subfamily members. Mol. Cell. Biol. 2007; 27: 3417–3428.16. Liu S., Tang W., Zhou J. i wsp. Fibroblast growth factor 23is a counter-regulatory phosphaturic hormone for vitamin D.J. Am. Soc. Nephrol. 2006; 17: 1305–1315.17. White K.E., Carn G., Lorenz-Depiereux B. i wsp. Autosomal--dominant hypophosphatemic rickets (ADHR) mutations sta-bilize FGF-23. Kidney Int. 2001; 60: 2079–2086.18. Yu X., Ibrahimi O.A., Goetz R. i wsp. Analysis of the bioche-mical mechanisms for the endocrine actions of fibroblastgrowth factor-23. Endocrinology 2005; 146: 4647–4656.19. Shimada T., Kakitani M., Yamazaki Y. i wsp. Targeted abla-tion of Fgf23 demonstrates an essential physiological roleof FGF23 in phosphate and vitamin D metabolism. J. Clin.Invest. 2004; 113: 561–568.20. Kurosu H., Ogawa Y., Miyoshi M. i wsp. Regulation of fibro-blast growth factor-23 signaling by Klotho. J. Biol. Chem.2006; 281: 6120–6123.21. Urakawa I., Yamazaki Y., Shimada T. i wsp. Klotho convertscanonical FGF receptor into a specific receptor for FGF23.Nature 2006; 444: 770–774.22. Levin A., Bakris G.L., Molitch M. i wsp. Prevalence of ab-normal serum vitamin D, PTH, calcium, and phosphorus inpatients with chronic kidney disease: results of the study toevaluate early kidney disease. Kidney Int. 2007; 71: 31–38.23. Boudville N.C., Hodsman A.B. Renal function and 25-hy-droxyvitamin D concentrations predict parathyroid hormonelevels in renal transplant patients. Nephrol. Dial. Transplant.2006; 21: 2621–2624.24. Perwad F., Azam N., Zhang M.Y., Yamashita T., Tenen-house H.S., Portale A.A. Dietary and serum phosphorusregulate fibroblast growth factor 23 expression and1,25-dihydroxyvitamin D metabolism in mice. Endocrino-logy 2005; 146: 5358–5364.25. Schiavi S.C., Kumar R. The phosphatonin pathway: newinsights in phosphate homeostasis. Kidney Int. 2004; 65:1–14.26. Liu S., Vierthaler L., Tang W. i wsp. FGFR3 and FGFR4 donot mediate renal effects of FGF23. J. Am. Soc. Nephrol.2008; 19: 2342–2350.27. Ben-Dov I.Z., Galitzer H., Lavi-Moshayoff V. i wsp. The para-thyroid is a target organ for FGF23 in rats. J. Clin. Invest.2007; 117: 4003–4008.28. Tsujikawa H., Kurotaki Y., Fujimori T. i wsp. Klotho, a generelated to a syndrome resembling human premature aging,functions in a negative regulatory circuit of vitamin D endo-crine system. Mol. Endocrinol. 2003; 17: 2393–2403.29. Stubbs J.R., Liu S., Tang W. i wsp. Role of hyperphos-phatemia and 1,25-dihydroxyvitamin D in vascular calcifica-tion and mortality in fibroblastic growth factor 23 null mice.J. Am. Soc. Nephrol. 2007; 18: 2116–2124.30. Tonelli M., Sacks F., Pfeffer M. i wsp. Relation betweenserum phosphate level and cardiovascular event rate in pe-ople with coronary disease. Circulation 2005; 112: 2627––2633.31. Haruna Y., Kashihara N., Satoh M. i wsp. Amelioration ofprogressive renal injury by genetic manipulation of Klothogene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007; 104: 2331–2336.32. Sugiura H., Yoshida T., Tsuchiya K. i wsp. Klotho reducesapoptosis in experimental ischaemic acute renal failure.Nephrol. Dial. Transplant. 2005; 20: 2636–2645.33. Unger R.H. Klotho-induced insulin resistance: a blessing indisguise? Nat. Med. 2006; 12: 56–57.Jolanta Małyszko,Białko Klotho a przewlekła choroba nerek73
[ Pobierz całość w formacie PDF ]