Резюме на автора

Нашата цел беше да тестваме дефицита на желязо като причина за късното появяване на ADHR и да определим взаимодействието на гени, протеини и молекули, които допринасят за този забавен фенотип на заболяването. Тук ние демонстрираме, че дефицитът на желязо значително увеличава нивата на Fgf23 mRNA в костите както на мишки от див тип (контроли), така и на мишки, генетично променени да носят мутация Fgf23, която причинява ADHR при хората (тези мишки са определени като „ADHR R176Q-Fgf23 knock -в ”мишки). Показахме, че повишената експресия на Fgf23 иРНК вероятно възниква чрез активиране на ключови пътища, участващи в чувствителното желязо. Важно е, че мишки от див тип протеолитично разцепват излишния протеин Fgf23 на по-малки парчета, за да поддържат нормалния фосфатен метаболизъм. За разлика от това, протеолизата при нокаутираните мишки R176Q-Fgf23 беше компрометирана, което доведе до повишени нива на непокътнат серумен Fgf23 и хипофосфатемично костно заболяване, в съответствие с ADNO фенотипа с късно начало. По този начин нашата работа подкрепя концепцията, че дефицитът на желязо контролира метаболизма на Fgf23 и фосфатите и че ADHR се причинява от взаимодействията ген-среда.

доминиращ

Спектърът ADHR съдържа две подгрупи на засегнатите лица: Една подгрупа се състои от пациенти, които през детството са с изхабяване на фосфати, рахит и деформация на долните крайници; втората подгрупа се състои от тези, които не са засегнати като деца, но присъстват клинично по-късно, по време на юношеството или в зряла възраст (1). За да се тества ролята на дефицита на желязо в регулирането на появата на Fgf23 и ADHR in vivo (т.е. в самия организъм), мишки от див тип и R176Q-Fgf23 (ADHR) бяха поставени върху нормални (контролни) или ниско- железни диети за 8–12 седмици. Диетата с ниско съдържание на желязо намалява серумните нива на желязо както при мишки от див тип, така и при ADHR и причинява сходни степени на желязодефицитна анемия и в двете групи в сравнение с контролите. Интересното е, че диетата с ниско съдържание на желязо води до значителна хипофосфатемия и костна остеомалация (неправилна минерализация) само при ADHR мишките, получаващи диета с ниско съдържание на желязо, но не и при останалите групи. Освен това, алкалната фосфатаза (маркер за хипофосфатемична костна болест) е била повишена само при ADHR мишки на диета с ниско съдържание на желязо и не са наблюдавани промени в серумния калций или паратиреоидния хормон, който насърчава повишаване на серумния калций. Тези скелетни и биохимични фенотипи са успоредни с тези на пациентите с ADHR със късно начало.

За да се тестват механизмите за ADHR със късно начало, серумен Fgf23 се измерва в третираните мишки чрез използване на серумни анализи, които измерват или непокътнат, биоактивен Fgf23 или непокътнат и С-краен Fgf23 протеин. От значение е, че мишките от див тип и ADHR, получаващи диета с ниско съдържание на желязо, са имали значително повишен C-терминал Fgf23; обаче дивите мишки на диета с ниско съдържание на желязо показват нормални нива на непокътнат Fgf23, което показва, че тези животни са способни да регулират фосфатната хомеостаза чрез активна протеолиза на протеина Fgf23. За разлика от това, ADHR мишките на диета с ниско съдържание на желязо са имали повишен интакт и C-терминал Fgf23, демонстрирайки, че интактното разцепване на Fgf23 е нарушено от мутацията Fgf23 ADHR R176Q, което води до хипофосфатемично костно заболяване. За да тестваме потенциалните източници на повишен серумен Fgf23, след това изследвахме експресията на Fgf23 в костите на мишките, приемащи двете различни диети. Мишки от див тип и ADHR на диета с ниско съдържание на желязо показват значително увеличение на нивата на mRNA и протеини на Fgf23 при 8 и 12 седмици в сравнение със съответните контролни мишки (обобщено на фиг. P1).

Недостигът на желязо и регулирането на FGF23 при ADHR с късно начало. Дефицитът на желязо причинява повишена костна експресия на Fgf23 иРНК и протеин in vivo. Освен това, хелатирането на желязо и активирането на HIF1α са свързани с повишена Fgf23 иРНК в остеобластна клетъчна линия. Освен това, ние показваме, че излишъкът от див тип FGF23 хормон се разцепва протеолитично, за да се поддържат нормални серумни концентрации на непокътнат FGF23 и подходящ фосфатен метаболизъм (сини пътища). За разлика от това, протеолизата на R176Q-FGF23 е нарушена, което води до повишена серумна концентрация на непокътнат FGF23, хипофосфатемия и остеомалация (червени пътища).

За да изолираме отговорите на костните клетки към дефицит на желязо, ние третирахме клетъчна линия, получена от костна тъкан (остеобластната клетъчна линия UMR-106) с терапевтичен железен хелатор дефероксамин (DFO), за да намалим общото съдържание на желязо. DFO лечението доведе до значително увеличение на Fgf23 иРНК и повишено вътреклетъчно сигнализиране; и двата ефекта са блокирани от инхибитори. Освен това, индуцираният от хипоксия фактор (HIF) транскрипционен фактор HIF1α, за който е известно, че реагира на намаления в клетъчното желязо, е стабилизиран с DFO и със специфичен HIF активатор, l-мимозин (l-MIM). Успоредно с това, лечението с l-MIM също стимулира значително експресията на Fgf23 mRNA, което предполага увеличаване на транскрипцията на Fgf23 mRNA от HIF1α като молекулна основа за повишен Fgf23 по време на дефицит на желязо (Фиг. P1).

Тази работа подкрепя следните концепции: (i) дефицитът на желязо може да индуцира биохимични и скелетни фенотипове на ADHR в животно на животно in vivo; (ii) мястото на SPC на 176RXXR179 е критично за нормалния контрол на циркулиращия Fgf23 при вторична регулаторна стъпка; и (iii) продукцията на Fgf23 е след (т.е. реагира или се контролира от) транскрипционни пътища, свързани с чувствителност на дефицит на желязо. Нашите открития показват, че ADHR, за разлика от други заболявания с повишен FGF23, е синдром, който може да бъде причинен от взаимодействия между ген и околна среда, при което комбинираното присъствие на ADHR мутация и променен статус на желязото са способни да създадат фенотип на болестта.

Тъй като идентифицирането на FGF23 ADHR мутациите, съвместяването на настоящите ни познания за боравене с фосфати с развитието на ADHR при пациенти е трудно. При нормални обстоятелства експресията на FGF23 се намалява силно от хипофосфатемия; следователно, тъй като нивата на серумния фосфат намаляват, серумните концентрации на FGF23 трябва да се нормализират чрез транскрипционна репресия на гена FGF23. Фактът, че пациентите с ADHR не могат да потиснат FGF23 предполага, че стимул извън традиционната калциево-фосфатна ендокринна ос, а именно дефицит на желязо, може да стимулира производството на Fgf23 силно въпреки откровената хипофосфатемия, както наблюдаваме при ADHR мишките. Тези открития могат да доведат до нови диагностични наблюдения и терапевтични подходи за ADHR и за често срещани нарушения на нарушен фосфатен метаболизъм, като хронично бъбречно заболяване и минерално костно разстройство.

Бележки под линия

  • ↵ 1 До кого трябва да се адресира кореспонденция. Имейл: kenewhitiupui.edu .