UMOD と腎臓病の構造 Ⅱ

尿中ウロモジュリンレベルのGWAS

ウロモジュリンレベルを測定するための信頼できるアッセイとプロトコルが利用可能になったことにより、その排泄に関連する遺伝的要因の分析が可能になった[71]。 6つのコホートからのヨーロッパ系10,884人に対して実施された最初のメタGWASアプローチでは、尿中のウロモジュリンレベルに関連する単一のゲノムワイドの重要な遺伝子座として、UMODのプロモーター内の共通の変異体が同定された[40]。 最上位の UMOD プロモーター変異体である rs12917707 は、用量依存的に尿中ウロモジュリン レベルと関連し、また、強い LD では CKD 変異体と関連していました [40]。

新しい遺伝子座の検出力を高めることを目的としたメタ分析が、最近、CoLaus を含む 13 コホートからのヨーロッパ系の 29,315 人を対象に実施されました [29]。 尿中ウロモジュリン濃度に関して、ゲノム全体にわたる 2 つの重要なシグナルが同定されました。それは、腎臓で発現される 1 型ケラチンであるケラチン -40 (KRT40) をコードする KRT40 遺伝子上の新規遺伝子座と、UMOD-PDILT 遺伝子座です。 2 つの独立した一塩基多型セットが UMOD と隣接する PDILT に広がっています。 追跡実験では、KRT40がTAL細胞においてウロモジュリンと共局在することが示されたが、初代mTAL細胞におけるKRT40発現のノックダウンはウロモジュリンのプロセシングと排出に影響を及ぼし、GWAS関連の生物学的対応物を提供した[29]。 ケラチンは、上皮細胞の細胞骨格を形成する中間フィラメントです。 細胞骨格タンパク質として、ケラチンは細胞内の物理的完全性、機械的安定性、細胞内組織の維持、たとえば細胞膜へのタンパク質の輸送に関与しています[8、28]。 KRT40 の発現変化が TAL 細胞におけるウロモジュリン (および ROMK) プロセシングに影響を与えるということは、尿細管細胞におけるタンパク質の選別における特定のサイトケラチンの役割を示唆しています [29]

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のバイオマーカーとしてのウロモジュリン腎臓の機能塊

ウロモジュリンは尿細管細胞のみで産生されるため、ウロモジュリンは尿細管細胞において特異的なバイオマーカー値を有する可能性があります。腎機能。 ウロモジュリンの排泄に関連する因子は、SKIPOGH および CoLaus コホートで分析されました [50]。 両方の研究において、ウロモジュリンと尿中のナトリウム、塩化物、カリウムの排泄および重量オスモル濃度との間に正の関連性が見出されました。 SKIPOGHでは、24-時間のウロモジュリン排泄は腎臓の長さと体積、およびクレアチニン排泄と尿量と正の相関がありました。 それは年齢および糖尿病と負の関連があった。 スポットウロモジュリン濃度と24-時間ウロモジュリン排泄量は両方ともeGFRと直線的かつ正の相関があった（多変量解析）<90 ml/min per 1.73 m2. Age, creatinine excretion, diabetes, and urinary volume are independent clinical correlates of urinary uromodulin excretion. The associations of uromodulin excretion with markers of tubular functions and kidney dimensions suggest that it may reflect the distal tubular transport activity (e.g., reabsorption of NaCl and/or divalent cations) in the general population [50].

SKIPOGH コホートにおけるさらなる分析により、重回帰分析において、24- 時間の尿中ウロモジュリン排泄が、Denic らによって特定されたのと同じネフロン量の予測因子と関連していることが証明されました。 [9]。 年齢、女性の性別、尿酸は負の予測因子であったが、身長と出生体重は24-時間の尿中ウロモジュリン排泄の正の予測因子であった[45]。 これらのデータは、尿中ウロモジュリンレベルの測定がネフロン量の有用な代替マーカーとして実証される。 したがって、ウロモジュリンレベルが高いほど、腎臓の機能予備力が高く、急性腎障害（AKI）のリスクが低いことを示している可能性があります。たとえば、ウロモジュリンが多いほど、術後 AKI の場合の機能予備力が高くなります [11] 、53]。 この状況を、尿中および血液中の高濃度に反映されるウロモジュリンの産生増加を促すUMOD遺伝子座のリスク変異が、一貫してCKDのリスク増加と関連していることを示すGWAS研究の結果と混同すべきではない。

ウロモジュリン、CKD、高血圧の因果関係を評価するためのメンデルランダム化

GWAS と追跡調査により、UMOD 変異体が CKD のリスク増加と関連してウロモジュリン発現の増加（したがって尿中排泄の増加）を引き起こすことが指摘され、因果関係の問題が提起されました。 言い換えれば、ウロモジュリンの産生量が多いほど腎臓損傷のリスクが高まるのでしょうか?

ウロモジュリンは尿細管細胞によってもっぱら産生されるため、尿中ウロモジュリンレベルは eGFR と正の相関があります (<90 ml/min/1.73 m2 ) and with kidney length and volume, whereas 24-h urinary uromodulin excretion is considered as a proxy of nephron mass [45, 50]. In line, higher urinary uromodulin levels, reflecting a higher functional reserve, are inversely correlated with the risk of kidney function decline in at-risk cohorts [20, 57]. The fact that lower urinary levels of uromodulin reflect decreased kidney functional mass is typical of reverse causation, i.e., when the disease affects the investigated risk factor. These elements constitute a bias when evaluating the causality of the urinary uromodulin levels, and thus of the UMOD variants, on the risk of CKD [13]. The facts that uromodulin also regulates blood pressure and that blood pressure and kidney function are interconnected further complicate the analysis [44, 47]

メンデルランダム化（MR）の使用は、尿中濃度に反映されるウロモジュリンの産生がCKDの真の危険因子であるかどうか、またこの潜在的な関連性が血圧に関連しているかどうかを評価する方法を提供します（図4）。 MR 法は、(GWAS などによる) 曝露に関連する一般的な遺伝的変異を使用して、特定の危険因子が疾患を引き起こすか、または悪化させるかどうかを検査します [55]。 最近、ヨーロッパ系の個人における尿中ウロモジュリン濃度、腎機能、血圧の間の因果関係を明らかにするために MR が使用されました [48]。 尿中ウロモジュリンレベルと eGFR との関連性は、CoLaus で最初に調査されました (利用可能なデータは n=3851 件)。 観察データでは、尿中のウロモジュリンが高いほど eGFR が高くなります。 逆に、UMOD rs12917707 を 1 サンプルのメンデルランダム化の操作変数として使用した場合、より高いウロモジュリン レベルは eGFR 低下と強く関連していました。

図 4 メンデルランダム化分析は、尿中ウロモジュリン濃度の上昇と腎機能の低下および血圧の上昇との関連を裏付けています。 尿中ウロモジュリン (uUMOD) と eGFR の間、および CKD と血圧 (BP) の間の双方向の因果関係を評価するための 2 サンプル MR。 分析は、10,884 人の個人が参加する uUMOD のメタ GWAS で実行されました。 CKD Genetics (CKDGen) コンソーシアム、ヨーロッパ系の 567,460 人を含む 121 の GWAS のメタ分析。 英国バイオバンク (UKB) と国際血圧コンソーシアム (ICBP) の GWAS を組み合わせた分析で、対象者は 757,601 人でした。 b 2- サンプル MR 分析における曝露、メディエーター、結果の間の MR 因果効果に基づいて、eGFR を介して血圧に及ぼす uUMOD の直接的および間接的な影響、および BP を介して eGFR に及ぼす uUMOD の直接的および間接的影響を評価するための多変量 MR。{10}} この分析は、uUMOD と高い血圧との関連は部分的には腎機能の低下によるものであるが、BP は uUMOD と低い腎機能との関連を媒介していないようであることを示唆しています。 Ponte らから変更。 [48] およびターナーとステープルン [66]

MR 研究の解釈では、遺伝子変異が研究対象のバイオマーカーを超えた他の影響を与える可能性があること、つまり遺伝的多面発現性と呼ばれる状況を統合する必要があります。 ウロモジュリンはナトリウム輸送を調節し、塩分感受性に影響を与えるため[47]、我々のMR分析により、CKDとeGFRに加えて、主要なUMODバリアントと血圧との遺伝的関連性が実証された[48]。 そこで我々は、尿中ウロモジュリン値と eGFR、CKD リスク (567,460 人)、および血圧 (757,461 人) との因果関係を調査するために、4 つの GWAS コンソーシアムに 2 サンプルのメンデルランダム化を適用しました。 より高いウロモジュリンレベルは、より低い eGFR、より高い eGFR 低下または CKD のオッズ、およびより高い収縮期血圧または拡張期血圧と有意に関連しています。 CKDのリスクに対する尿中ウロモジュリンレベルの因果関係は血圧とは独立しているが、血圧に対する影響はeGFRによって媒介される[48]。 これらのデータは、遺伝的に引き起こされるウロモジュリンのレベルが、血圧によって媒介されるのではなく、一般集団の腎機能の転帰に直接的、因果的、悪影響を与えることを裏付けています（図4）。 これらは、尿中ウロモジュリンの上昇がCKDに寄与するメカニズムと、ウロモジュリン産生/分泌の適切な調節因子が同定できるかどうかを調査するための強力な理論的根拠を提供する[48、66]。

UMOD 遺伝子座と尿路病原体に対する適応

上で議論したように、一般集団における高血圧およびCKDのリスクに関連するUMOD変異体は、ウロモジュリンの発現と尿中排泄を増加させます[11、13、53]。 しかし、集団遺伝学の調査では、CKDリスクに関連するトップのUMOD GWASバリアントであるrs4293393のT対立遺伝子が祖先対立遺伝子であり、現代のほとんどの集団で高い頻度で保たれていることが示された[22、65]。 実際、UMOD の祖先対立遺伝子の分布は、塩分感受性高血圧に関連する変異体で観察された祖先の感受性モデルに従っていない。つまり、アフリカ人における塩分保持対立遺伝子の有病率が非アフリカ人集団と比較して高く、これは精製を反映している。アフリカ以外でも選択を行っている[52]。 その代わりに、リスクバリアントは、病原体の多様性（細菌、蠕虫）および抗生物質耐性尿路感染症の有病率と有意な相関関係を示しました。 尿中のウロモジュリンレベルと尿路感染症のマーカーとの間の逆相関がCoLausで検出された[22]。 地域在住の高齢者を対象とした前向きコホート研究では、尿中ウロモジュリン濃度が最も高い四分位にある人は、古典的な尿路感染症の危険因子とは無関係に、最も低い四分位にある人よりも尿路感染症のリスクが低いことが判明した[19]。

ウロモジュリンは尿中で抗菌特性を示すことが知られており、Umod ノックアウトマウスは野生型の同腹子よりも、-1 型線毛形成大腸菌 (FimH 付着因子) によって誘発される尿路感染症になりやすいです [2, 35]。 尿路感染症は最も一般的な細菌感染症の 1 つであり、若い女性では発生率が高く再発のリスクがあり、体力を低下させる可能性のある合併症が発生する可能性があります。 病原体と感染症は人類の歴史を通じて強い選択圧を課してきました[18]。 したがって、ウロモジュリンの尿中排泄を促進する UMOD 祖先対立遺伝子は、尿路感染症に対する保護効果により高い頻度で維持されていた可能性がある [22]。 この仮説は、ウロモジュリンのシステインに富む D8C ドメインの残基 Asn275 にあるハイマンノーズ N-グリカンが、FimH 結合、ひいては UPEC による膀胱上皮の定着の防止に重要であることを示す構造的および生化学的研究によって裏付けられています。 ウロモジュリンが細菌に結合して凝集する能力は、高マンノース N-グリカンの除去または過剰な D-マンノースの競合効果によって妨げられます [68]。 注目すべきことに、ウロモジュリンは、肺炎桿菌、緑膿菌、ミチス連鎖球菌など、ヒトの尿路感染症に関与する他の細菌も凝集させることができた[68]。 これらのデータは、尿路病原体を凝集させ、尿路上皮への付着を防ぐ能力を通じて尿路感染症に対する防御におけるウロモジュリンの役割を実証した。

UMOD のまれな変異は常染色体優性尿細管間質性腎疾患を引き起こす

のリスクに関連する一般的な遺伝的変異に加えて、CKDGWAS では高血圧症、UMOD の優性遺伝変異がまれな形態の腎臓障害につながる腎不全.

常染色体優性尿細管間質性腎疾患（ADTKD、MIM #16,200）は、糸球体病変のない腎臓の尿細管損傷と間質性線維症を特徴とする、末期腎疾患の原因としてますます認識されています。 罹患者は尿濃縮異常、進行性慢性腎臓病（CKD）、正常から軽度のタンパク尿、正常な大きさの腎臓を示し、多くの場合、家族歴が陽性である[12、14]。 比較的特異的な感覚は、尿酸の排出率の低下による高尿酸血症であり、通常は CKD が発症する前に痛風の原因となります [41]。 病気は必ず次のように進行します末期の腎臓病(ESKD) 成人期、浸透率 100%。 レア (MAF)<10–4), dominant mutations in UMOD represent the most frequent cause of ADTKD (ADTKDUMOD). More than 95% of the UMOD mutations associated with ADTKD are missense, often targeting cysteine residues and leading to the formation of uromodulin aggregates within the endoplasmic reticulum (gain-of-toxic function) with a sharp decrease of its excretion in urine. Over 100 mutations in UMOD have been associated with ADTKDUMOD, with an overall prevalence of ~2% in patients with 腎不全、最も一般的な単一遺伝子性腎臓疾患の 1 つを表します [21、24]。

ADTKD-UMOD の発病メカニズムは、ER の拡大とそれに伴う尿中タンパク質レベルの減少を伴う、TAL 細胞における変異体ウロモジュリンの毒性蓄積によるものです [12]。 ウロモジュリン変異を有するマウスモデルの研究では、変異ウロモジュリンの細胞内蓄積が小胞体ストレス、折り畳まれていないタンパク質応答の誘導、その後の尿細管損傷と間質線維症を引き起こすことが確認されており、これはADTKD-UMODにおける毒性機能の獲得機構を実証している[53]。 このメカニズムは、例えばアンチセンスオリゴヌクレオチドを使用することによって変異タンパク質の産生を減少させることが、疾患の経過を遅らせる戦略となり得ることを示唆している。 の腎臓特異的な発現UMOD の効果、および Umod ノックアウトマウスの軽度の表現型は、そのようなアプローチの潜在的な価値を裏付けています [12]。

したがって、UMOD は、遺伝病スペクトルの両極端、つまり効果量の大きい超稀変異体 (ADTKD-UMOD) と、一般集団における eGFR および CKD のリスクの低下に関連する一般的な GWAS 変異体に関与していると考えられています。 したがって、ウロモジュリンの産生および/または排泄に関連する疾患は広範囲に関連しています。

結論と展望

に関与する最初の遺伝子が特定されてから 30 年後遺伝性腎臓病、ますます効率的かつ手頃な価格の遺伝子ツールの使用により、希少疾患の診断効率が向上しています。腎臓障害、遺伝子の不均一性と疾患のオントロジーを明らかにし、家族内変動に関与する修飾遺伝子を発見することを目的としています[10、60、67、69]。 全ゲノム、SNP 遺伝子型解析、および表現型データの使用は、CKD および腎臓関連形質で観察される欠落遺伝率における複雑な遺伝的変異の役割を解明するのにも役立ちました。 たとえば、最近の研究では、複数の腎臓表現型を持つ MUC1 における可変ヌクレオチド タンデム リピート (VNTR) の影響が証明されました [38]。

新しい遺伝子の発見により、細胞メカニズムと薬剤標的の可能性を実証する多段階の研究が推進されるでしょう。 これらの分析により、遺伝子の連続性がさらに解読されるはずです。腎臓病のリスク、まれなメンデル障害から一般集団によく見られる変異まで、遺伝子が関与しています。 例には、腎尿細管レベルでの NaCl 処理に関与する遺伝子 (例、SLC12A3、KCNJ1、SLC12A1、UMOD) が含まれ、集団の血圧調節にも関連します。 近位尿細管における受容体媒介エンドサイトーシスに関与する遺伝子（例、LRP2、CUBN、DAB2）。腎機能とCKDのリスクに影響を及ぼすことがGWASによって示されている。 Ca2+およびMg2+処理のまれな障害（例、CASR、TRPM6、CLDN14、CNNM2）に関与する遺伝子は、一般集団のミネラル恒常性および代謝形質とも関連している[67]。 これらの遺伝子または GWAS によって同定された追加の遺伝子における稀な変異および一般的な変異の影響を維持するメカニズムは、腎機能のさまざまな側面についての洞察を提供します。

大規模なゲノムデータセットの分析は、中間の効果サイズを持つ遺伝的変異が、メンデル障害を引き起こすまれで効果の高い変異と、複雑な疾患に関与する頻繁で効果の低い変異との間のギャップを埋める必要があることを示唆しています（図1）。 これらの中間効果変異体は、非完全浸透性メンデル病、または疾患発現性を改変するオリゴ/多遺伝子モデルのいずれかを引き起こす可能性があります [30]。 このような中間効果のバリアントは、大多数の CKD 患者にはまれな病原性バリアントが存在しないこと [24] と、GWAS では遺伝性が欠落している [70] ことに基づいて、CKD の基礎となる遺伝的連続体の一部である可能性もあります。 最近、我々は一般集団データセットと ADTKD で報告された精選されたバリアントを掛け合わせることで、CKD に寄与する UMOD の中間効果バリアントを特定し、特徴付けました。 インシリコモデリング、細胞システム、データベース、バイオバンクを使用して生物学的および表現型のエフェクトサイズを分析する。 そして、100、000 ゲノム プロジェクトおよび英国バイオバンクにおける腎不全への影響を検証しています [43]。

希少疾患患者の遺伝情報の取得腎臓病すでに精密医療が実証されており、おそらく急速に増加するでしょう[10、17、36]。 GWAS の拡大と高度な統計手法により、eGFR の低下が明らかになる前に、複雑な腎疾患を発症するリスクのある被験者を早期に特定するという観点から、多遺伝子性リスクスコア (PRS) が開発され、早期介入の可能性がもたらされる [27, 70] 、72]。

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