신장 발달과 질병에 있어서의 마이크로RNA Ⅱ

신장 발달

그만큼포유류 신장(또는 메타네프로스)는 중요한 역할을 하는 중요한 기관입니다.대사 노폐물의 배설,세포외액량 조절, 그리고전해질 유지그리고산-염기 항상성. 또한 신장은 다음과 같은 중요한 호르몬을 생성합니다.에리스로포이에틴, 칼시트리올,레닌, 그리고프로스타글란딘(48). 신장의 기능적 능력은 출생 전 신장 발달 중에 형성되는 기능하는 네프론의 수와 상관관계가 있으며, 이를 네프론 부여라고도 합니다. 각 인간 신장에는 평균 1,000,000개의 네프론이 포함되어 있지만 이 수는 상당히 다양하며 추정치는 200,000에서 2,000,{{8까지 다양합니다. }} 네프론(49, 50). 와 함께노화,기능성 네프론 보유량의 상실시간이 지남에 따라 발생합니다(51, 52). 따라서 출생 시 낮은 네프론 기증은 나중에 고혈압 및 만성 신장 질환(CKD) 발병 위험 증가와 관련이 있습니다(53-55). 더욱이, 네프론 자질 및 네프론 기능 감소로 이어지는 CAKUT는 소아 신부전의 주요 원인이며, 이식 및 투석과 관련된 심각한 이환율 및 사망률을 초래합니다(56, 57). 따라서 네프론 수의 확립과 정상적인 네프론 형성의 기초가 되는 세포 및 분자 메커니즘을 더 잘 이해하면 소아 신장 질환을 예측, 예방 및 치료할 수 있는 새로운 방법에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

CISTANCHE가 신장 질환 환자를 치료하는 데 얼마나 걸리나요?

후신 신장 발달쥐의 경우 배아 10.5일(E10.5)쯤에 시작되고 인간의 경우 임신 5주 쯤에 시작됩니다(58). 후신 중간엽의 유도 신호에 반응하여 요관 싹은 울프관의 꼬리 끝에서 뻗어 나와 인접한 중간엽으로 침입합니다(그림 2). 동시에, 요관 눈에서 나오는 모르포겐은 후신 중간엽의 응축을 유도하여 요관 눈 끝 주위에 캡 중간엽(네프론 전구라고도 함)을 형성합니다. 신장 형성이 진행됨에 따라 요관 눈은 연속적인 분기, 신장 및 분화를 거쳐 신장 집합관을 생성합니다. 네프론 전구세포의 하위 집단은 중간엽-상피 전이를 거쳐 신장 소포를 형성하며, 분극화 및 신장 후에는 쉼표 및 S자 모양의 신체 구조가 됩니다. 마지막으로, S자형 몸체의 원위 부분은 집합관과 융합되어 기능성 네프론(59-61)을 형성합니다. S자 모양의 몸체는 더 분화되어 집합관과 별도로 네프론의 성숙한 세포 유형을 형성합니다. Foxd1+ 간질 전구 세포는 발달 중인 신장의 외부 피질 또는 신성 영역의 네프론 전구 세포에 인접해 있습니다(그림 2)(62). 피질 기질의 신호는 네프론 전구 세포 확장을 억제하고 그 분화를 자극하는 것으로 생각됩니다. 신장 기질을 제거하면 네프론 전구 세포 분화가 손상되기 때문입니다(63). Foxd1+ 전구 세포는 신장 피질 및 수질 간질 세포, 혈관주위세포, 혈관주위 섬유아세포, 혈관간 세포 및 혈관 평활근 세포를 포함하여 후신 신장의 모든 간질 세포를 발생시킵니다(64, 65). 이 과정의 모든 단계에서 교란이 발생하면 아동기 CKD의 주요 원인인 CAKUT가 발생할 수 있습니다(66, 67).

성숙한 네프론은 여과 장치 역할을 하는 사구체와 근위 세뇨관, 헨레 고리, 원위 세뇨관 및 집합관으로 세분화되는 관상 후방 흡수 구획으로 구성됩니다(그림 2). 사구체의 여과 장벽(창이 있는 내피, 사구체 기저막, 발 돌기 및 족세포의 틈새 격막으로 구성됨)은 혈장과 작은 용질의 여과를 허용하는 동시에 혈액 내 알부민 및 면역글로불린과 같은 단백질을 선택적으로 유지합니다(68, 69). 한편, 관형 재흡수 구획은 수분 항상성 유지, 용질(나트륨, 칼륨, 칼슘, 인, 마그네슘, 포도당 등 포함)의 재흡수, 산 및 기타 폐기물의 배설을 담당합니다.

발달중인 신장의 MiRNA

조건부 형질전환 쥐에 대한 연구에서 miRNA는 여러 세포 계통에서 신장 형태 형성의 중요한 조절 인자로 나타났습니다. 신장 발달에서 miRNA의 기능적 역할을 평가하는 초기 연구에서는 다양한 신장 계통에서 Dicer의 조건부 삭제를 활용했습니다(70). 그러나 Dicer는 miRNA와 독립적인 역할을 하는 것으로 알려져 있으며(71), 이는 이러한 모델의 해석을 복잡하게 만듭니다. 초기 후신 간엽 또는 네프론 전구 세포에서 Dicer의 조건부 결실은 네프론 전구 세포의 세포 사멸 증가, proapoptotic 단백질 Bim의 수준 증가 및 신생의 조기 중단을 초래합니다 (72-75) (표 1). 흥미롭게도 Dicer가 결핍된 네프론 프로 생식기에서 Bim 발현이 손실되면 세포사멸이 감소하고 네프론 형성이 부분적으로 회복됩니다. 네프론 전구체, miR-17 및 miR-106에서 발현된 두 개의 miRNA가 BIM 발현의 억제자로 확인되었습니다(76). 함께, 이러한 발견은 miRNA가 네프론 전구세포의 생존과 세포사멸 사이의 균형을 제어하여 신장 형성 전반에 걸쳐 정확한 수의 네프론의 형성을 보장한다는 것을 나타냅니다.

그림 2. 후신 신장 발달 단계의 개략도. 요관 싹의 신호는 후신 간엽의 응축을 유발하여 요관 싹 끝 주위에 네프론 전구 세포 캡(캡 중간엽)을 형성합니다. 캡 중간엽은 중간엽-상피 전이를 거쳐 신장 소포를 형성하고, 이는 순차적으로 쉼표 및 S자 모양의 소체로 발전합니다. 이러한 구조는 요관 새싹 줄기에 연결되어 집합관을 형성합니다. S자형 몸체의 근위 영역에 있는 세포는 성숙한 신장 소체의 특화된 상피 세포(예: 족세포 및 보우만 피막 세포)로 분화되는 반면, 중간 및 원위 부분의 세포는 네프론의 관형 부분(근위 세뇨관)으로 분화됩니다. , Henle 루프 및 원위 세뇨관). BioRender.com으로 제작되었습니다.

요관 눈 계통에서 Dicer의 조건부 결실은 신장 이형성증 및 집합관 낭종의 발달을 포함하여 CAKUT와 매우 유사한 일련의 이상을 초래합니다(73, 77, 78). 분지 형태형성의 조기 종료(요관 새싹에서 Wnt11 및 c-Ret의 발현 감소에 대한 반응)는 신장 이형성증의 주요 원인일 가능성이 높습니다(73). 낭종 형성의 시작은 E15.5 부근에서 발생하며 일차 섬모 길이의 결함, 세포사멸 세포사 증가 및 과도한 세포 증식과 관련이 있습니다(73). Dicer는 세포에서 miRNA 독립적인 중요한 역할을 하기 때문에 Dgcr8의 조건부 삭제는 조건부 Dicer-knockout 모델에서 관찰된 표현형이 실제로 miRNA 손실의 결과인지 확인하는 데 사용되었습니다. 원위 네프론에 Dgcr8 결실이 있는 동물과 집합관의 파생물은 수신증과 집합관 낭종을 발생시킵니다(79). 이는 요관 새싹 계통에서 Dicer 활동의 상실과 유사한 CAKUT 유사 표현형입니다.

독립적인 두 그룹의 연구에 따르면 Foxd1+ 신장 간질 계통 및 그 파생물에서 Dicer를 절제하면 다양한 신장 기형이 발생하고, 신장 기능 저하, 사구체 수 감소, 비정상적인 사구체 성숙 및 혈관 결함에 관한 일관된 결과가 나타납니다. 패터닝(80, 81). 두 그룹 모두 유사한 마우스 모델을 사용하여 대체로 일치하는 표현형을 설명했지만 두 가지 뚜렷한 차이점이 나타났습니다. Nakagawaet al. 내부 수질과 유두의 부족과 신성 영역의 감소가 관찰되었습니다(80). 대조적으로, Phua et al. 네프론 전구 개체군의 확장과 보존된 신장 유두를 보여주었습니다(81). Nakagawaet al. 이러한 결함은 Wnt 경로 신호 전달의 중단과 관련되어 간질 세포 miRNA, miR-214, miR-199a{{7의 하향 조절로 인해 간질 세포 이동 및 증식의 변화를 초래한다고 제안했습니다. }}p 및 miR-199a-3p(80). Phua 등의 연구. Bim 및 p53 이펙터 유전자의 발현 증가를 포함하여 세포사멸 프로그램의 변화가 표현형 결함에 기여한다고 제안했습니다(81). 유전적 배경 차이 및/또는 Cre 매개 재조합의 효율성이 이러한 연구에서 설명하는 차이의 원인일 수 있다고 생각할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 설명된 표현형은 신장 발달에서 신장 간질의 알려진 다각적 역할과 일치하며 이러한 표현형의 기본 메커니즘은 Dicer 결실의 특성을 고려할 때 복잡할 수 있습니다. 조절 메커니즘을 더 잘 정의하기 위해서는 다양한 간질 하위 집단에서 특정 miRNA를 조사하는 추가 연구가 필요합니다.

보다 최근의 연구에서는 발달 중인 신장과 네프론 전구세포 모두에서 특정 miRNA의 기능에 대한 문제를 다루었습니다. 인간 배아 줄기 세포 모델을 사용하여 Bantounas et al. miR{0}}a~214 클러스터의 억제는 신장 유사 유기체에서 이형 사구체, 비정상적인 근위세뇨관, WT1 발현 감소 및 간질 모세혈관 증가를 초래한다는 것을 보여주었습니다(82). 흥미롭게도 저산소증에 반응하는 miR-210의 전체적인 삭제는 남성 특유의 네프론 결핍을 초래합니다(83). 예를 들어, 네프론 전구 세포의 miR-17~92 클러스터와 생쥐의 그 파생물의 조건부 삭제는 전구 세포 증식을 손상시키고 발달 중인 네프론의 수를 감소시킵니다. 그 결과, 돌연변이 쥐에서는 단백뇨, 신장 섬유증, 신장 기능 장애가 발생합니다(84). miR-17~92 표적 유전자 CFTR의 조절 장애 수준은 이 마우스 모델에서 전구 세포의 증식 결함 및 네프론 자질 감소와 관련이 있습니다(85).

소형 RNA 시퀀싱(smRNA-Seq)은 miRNA 발현 패턴을 프로파일링하고 새로운 miRNA 종을 발견하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. E15.5 신생 중간엽 세포의 smRNA-Seq는 전체 신장 및 49개의 새로운 miRNA 종(86)과 비교하여 이 세포 집단에서 차등적으로 발현되는 162개의 주석이 달린 miRNA를 식별했습니다. 흥미롭게도 miR-200 계열 miRNA의 수준은 네프론 전구세포에서 크게 감소했습니다. miR-200 계열 구성원이 집합관의 중간엽-상피 전이에 대한 주요 조절자라는 점을 고려하면(87), 신장 발달 중 네프론 전구세포의 정상적인 상피 분화를 보장하기 위해 이들의 발현이 엄격하게 규제될 수 있다고 추측됩니다.

성숙한 네프론의 MiRNA 기능

miRNA는 신장 발달 동안의 요구사항 외에도 성숙한 네프론을 형성하는 주요 세포 계통의 수많은 생물학적 과정을 조절합니다(69, 88-91). 이에 따라 사구체의 miR-143 및 miR-195a, miR-107 및 miR{{7}을 포함하여 네프론을 따른 miRNA의 세그먼트별 발현이 설명되었습니다. }a는 근위 세뇨관에, miR-193 및 miR-378a는 두꺼운 상행 사지에, miR-874 및 miR-155는 원위곡세관에, miR{{ 12}}c 수집 덕트(87)에 있습니다. 더욱이 성숙한 네프론의 구획에 대한 기능적 연구는 miRNA의 독특한 역할을 뒷받침합니다.

족세포에 Dicer나 Drosha가 결여된 생쥐는 뚜렷한 단백뇨, 사구체 경화증, 신부전으로의 급속한 진행을 나타내며, 이는 사구체 여과 장벽의 붕괴에 이차적입니다(90-93). In silico 분석에서는 돌연변이 사구체의 다양한 상향 조절된 전사체가 miR-30 계열 구성원에 대한 표적 서열을 포함하는 것으로 나타났습니다. 4개의 miR-30 제품군 구성원(miR-30c-1, miR-30b, miR-30d 및 miR-30c{) {9}})는 일반적으로 족세포에서 고도로 발현되지만, 이들 miRNA는 돌연변이 생쥐에서 족세포 이상 및 사구체 여과 장벽 붕괴의 원인이 될 수 있습니다(91).

다소 놀랍게도, 출생 후 포유류 근위세뇨관에서 Dicer를 제거하면 신장 발달, 조직학 또는 기능에 영향을 미치지 않지만 신장 허혈/재관류 손상으로부터 보호합니다. 돌연변이 생쥐는 WT 동배와 비교하여 더 나은 신장 기능, 감소된 신장 손상, 낮은 관형 세포사멸 및 향상된 생존율을 나타냅니다(94). 이는 근위 세뇨관에서 여러 miRNA의 삭제 효과의 "합계"를 반영하는 것으로 보입니다. 이후 다른 연구에서 특정 miRNA의 발현이 신장 허혈/재관류 손상(예: miR-16 및 miR-21; 참조 95, 96); 다른 것들은 해롭습니다(예: miR-182; 참조 97).

miRNA는 근위 세뇨관 기능에 불필요한 것처럼 보이지만 원위 네프론과 관 항상성 수집에 필수적입니다(79, 88, 98). Dicer 및 기타 중요한 miRNA 생합성 관련 유전자(Dgcr8, Ago1, 2, 3 및 4 포함)의 관 특이적 불활성화를 수집하면 진행성 세뇨관간질 섬유증 및 간질 염증으로 인해 성체 마우스에서 신부전이 발생합니다(88). 이는 집합관 세포의 부분적인 상피-중간엽 전이(EMT)와 EMT를 억제하는 miR{12}} 계열 구성원의 하향조절이 선행됩니다(88). 마찬가지로, 원위 네프론 및 요관 새싹 유도체 각각에서 Dicer 또는 Dgcr8을 제거하면 신장 이상 및 신부전이 발생하고(78, 98), 이는 궁극적으로 miR-200 계열 구성원의 하향 조절과 관련됩니다(98). 이들 돌연변이 쥐에서 miR-200 표적 유전자 Pkd1의 발현 증가는 세뇨관 형성을 방해하고 낭종 유사 구조를 생성합니다(98). 근위 세뇨관과 원위 네프론/집합관에서 기능적 miRNA에 대한 요구 사항의 이러한 차이는 WT 신장의 네프론 및 집합관 길이를 따른 miRNA의 분절 분포로 설명될 수 있습니다(88).

사구체 옆 장치의 레닌 분비 세포에서 다이서의 결실은 사구체 옆 세포의 결핍, 순환 레닌 수준의 감소로 인한 동맥 혈압의 감소, 신장 기능 감소, 간질성 섬유증의 줄무늬 패턴 및 혈관 이상을 초래합니다(89). 사구체 옆 세포의 감소는 표현형 유지에 성숙한 miRNA가 필요함을 시사합니다. 나중에 miR-330 및 miR-125b-5p는 사구체 옆 세포의 평활근 표현형을 각각 억제하거나 촉진하는 잠재적인 후보로 확인되었습니다(99).

급성 신장 손상(8-10), 다낭성 신장 질환(11) 및 신장 이식(10)에서 miRNA에 대한 다른 활성 연구 분야가 다른 최근 리뷰에서 포괄적으로 다루어졌습니다.

소아 신장 질환에서의 MiRNA 이 섹션에서는 CAKUT 및 Wilms 종양을 포함한 발달성 신장 질환에서 miRNA의 역할에 대한 개요를 제공합니다. CAKUT는 출생 시 가장 흔한 형태의 기형 중 하나로, 1000명의 정상 출산 중 약 3~7명에게 영향을 미칩니다(100). 신장 및 하부 요로 발달의 장애는 신장 기형(즉, 신장 무형성, 신장 저형성증 및 이형성증, 다낭성 이형성 신장), 요관골반 기형(즉, 요관골반 접합부 폐쇄), 이중 수집 시스템, 방광 및 요도의 기형(101-103). 이러한 표현형 이질성은 신장 및 하부 요로 발달에 영향을 미치는 유전적, 후생적, 및/또는 출생 전 환경 요인 간의 복잡한 상호작용으로 인해 CAKUT가 발생할 가능성이 높습니다(101). CAKUT 병인에 대한 현재 지식의 대부분은 마우스 모델과 CAKUT 증후군 형태에서 비롯되었습니다. 이러한 연구를 통해 PAX2, SALL1, HNF1B, EYA1, GATA3, RET, WNT4, GDNF, SIX1, SIX2 등을 비롯한 여러 CAKUT 유전자가 확인되었으며, 그 중 다수는 초기 신장 발달과 관련이 있습니다(101, 104, 105). 그러나 단백질 코딩 유전자의 단일 돌연변이 또는 복제수 변이는 대부분의 CAKUT 사례(~80%)를 설명하지 못합니다(101, 106).

위에서 언급한 바와 같이, 마우스 모델에서 발달 중인 신장의 다양한 세포 계통에서 성숙한 miRNA가 고갈되면 인간 CAKUT를 모방하는 신장 이상이 발생합니다(73, 74, 78, 79). 또한, miR{5}}~92 클러스터를 암호화하는 MIR17HG의 생식선 결실은 인간에게 2형 페인골드 증후군을 유발합니다(107). MIR17HG 돌연변이가 있는 제2형 파인골드 증후군 환자의 신장 표현형은 아직 정의되지 않았지만, MYCN 돌연변이와 관련된 파인골드 증후군 사례에서 CAKUT 발생률이 18%로 보고되었습니다(108, 109). 함께, 이러한 관찰은 신장 발달 중에 발현되는 miRNA의 돌연변이가 인간에서 CAKUT을 유발할 수 있음을 시사합니다. 특히 많은 miRNA가 생쥐와 인간 사이에 고도로 보존되어 있기 때문입니다.

이 가설을 테스트하기 위해 한 연구에서는 980개 가족의 비증후군 CAKUT 환자 1,248명을 조사하고 73개 신장 발달 miRNA 유전자의 96개 줄기 루프 영역에서 돌연변이를 찾았습니다(106). 이 코호트 내에서 16개의 서로 다른 miRNA 유전자에 영향을 미치는 17개의 서로 다른 단일 뉴클레오티드 변이를 가진 31명의 개인이 확인되었습니다. 이들 중 miRNA의 두 가지 새로운 변이체가 잠재적으로 병원성을 갖는 것으로 밝혀졌습니다. MIR19B1(miR-17~92 클러스터의 구성원)은 오른쪽 신장 무형성의 존재와 관련이 있었고 MIR99A는 심각한 방광요관 역류 및 신장 하수증과 관련이 있었습니다. 이렇게 놀라울 정도로 적은 수의 후보 병원성 변이체는 부분적으로 이 연구의 한계에 기인합니다. 분석에서는 후보 유전자 접근 방식에 포함된 miRNA 유전자의 돌연변이만 설명하고 복제수 변이 및 대규모 DNA 재배열은 감지하지 못했기 때문입니다(106). .

대안적인 접근법으로, 다양한 CAKUT 환자의 요관 분절을 마이크로어레이를 통한 차등 전사 발현, 생물정보학적으로 예측된 ​​miRNA 표적의 존재 및 qPCR을 통한 성숙한 miRNA에 대해 분석했습니다(110). 이 다각적 접근 방식을 사용하여 CAKUT에서 잠재적인 역할을 하는 7개의 miRNA가 확인되었으며, 이 중 CAKUT 환자에서 has-miR-144이 크게 증가했습니다. 유전자 온톨로지 분석에 따르면 예측된 has-miR-144 표적 유전자는 관 발달(22개 표적 유전자), 비뇨생식기계 발달(18개 표적 유전자), 신장 발달(14개 표적 유전자)을 포함하여 CAKUT 발달과 관련된 생물학적 과정에 기여하는 것으로 나타났습니다. 및 배아 기관 발달(18개 표적 유전자)(110).

CAKUT에서 miRNA의 병원성 역할을 뒷받침하는 분자 메커니즘을 정의하려면 추가 연구가 필요합니다. 이러한 연구 결과는 CAKUT 환자 치료를 개선하고 CKD로의 진행을 예방하며 환자와 그 가족에게 적절한 유전 상담을 제공하고 새로운 치료 전략을 개발하는 데 중요합니다.