Болезни поликистоза почек и печени обычно характеризуются начинающимся у взрослых наличием множественных, заполненных жидкостью эпителиальных кист, разбросанных по всей печеночной и почечной ткани (1). Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) является довольно распространенным наследственным заболеванием, затрагивающим почки. Оно объясняет 5% почечных болезней конечной стадии в западном мире и обусловлено мутациями в PKD1 и PKD2 , кодирующими polycystin-1 (PC1) и polycystin-2 (PC2), соотв. PC1 и PC2 являются интегральными мембранными белками, расположенными в нескольких клеточных компартментах, но большинство неотразимых доказательств связывает их с поликистозной почечной болезнью и подтверждаeт локализацию их в первичных ресничках (3) (Fig. 1). Первичная ресничка действует как 'сенсор тока' и координирует большое количество клеточных сигнальных путей, важных для дифференцировки и роста клеток (3). Потеря экспрессии PC1 и PC2 может нарушать функцию ресничек, приводя впоследствии к образованию кист (3). Autosomal recessive polycystic kidney disease (ARPKD) вызывается дефектом в гене PKHD1 кодирующем интегральный мембранный белок fibrocystin, который также располагается в ресничке и обеспечивает их активность посредством комплекса PC1-PC2 (3).

Figure 1. Schematic representation of the localization and function of the five proteins involved in hereditary cystic kidney and liver diseases. (a) Polycystin-1 (PC1), polycystin-2 (PC2), and fibrocystin are expressed and function in the primary cilium and help facilitate the transport of calcium into the cell. Flow induced bending of the cilium is associated with a Ca2+ influx, which occurs via PC1 and PC2 (3). Loss of PC1 and PC2 leads to dysfunctional cilia and decreased intracellular Ca2+, which have been associated with increased levels of cAMP activating the MAPK/ERK pathway leading to cell proliferation and cyst formation (3). (b) Sec63 works in concert with Sec 61, which forms as a translocation channel, also called a translocon, facilitating the transport of nascent peptides across the ER membrane. This process is assisted by ATP hydrolysis by BiP enabling the peptide to traverse the channel (2). Once the newly synthesized peptide enters the ER, it is glycosylated to promote correct protein folding (not shown). If improper folding occurs, glucosidase II (consisting of an alpha and beta subunit) prevents the misfolded protein from leaving the ER by removing glycan recognition "tags" and either sending the protein back to be refolded or directing it to be degraded by the proteasome (2).
PowerPoint Fig

По сравнению с ADPKD, autosomal dominant polycystic liver disease (ADPLD) более умеренная и не снижает жизненные надежды. У пациентов с ADPLD, идентифицированы мутации в двух генах, Prkcsh и Sec63, которые кодируют β-subunit glucosidase II (GIIβ) и Sec63, соотв. (1). GIIβ и Sec63 оба являются компонентами молекулярного аппарата, участвующего в транслокации, укладке и контроле качества вновь синтезируемых белков в эндоплазматическом ретикулуме endoplasmic reticulum (ER) (Fig. 1). Было предположено, что мутации в Sec63 и GIIβ д. приводить к нарушению транспорта и ненормальной эксплуатации белков клиентов, приводящих к образованию кист. Интересно, что кисты, вызываемые мутациями в не связанных с ресничками белках GIIβ и Sec63 при ADPLD клинически неотличимы от тех, что вызываются мутациями в PC1 и PC2, вызывающими ассоциированные с ресничками фиброкистозные болезни. Однако до сих пор механизм образования кист, вызываемых мутациями в GIIβ и Sec63 при ADPLD недостаточно ясен.

Чтобы исследовать лежащий в основе механизм образования кист и прояснить генетические и функциональные взаимоотношения между генами поликистозной болезни печени (Prkcsh и Sec63) и тремя основыми генами поликистоза (PKD1, PKD2, и PKHD1) были исследованы разные мутанты мышей. Во-первых, инактивация гомозиготных индуцируемых генов Prkcsh (Prkcshflox/flox) и Sec63 (Sec63flox/flox) ведет к образованию кист в почках и печени в этих ортологических генных моделях ADPLD человека. Интересно, что снижая дозу PC1 или PC2 путем перевода Prkcshflox/flox и Sec6flox/flox мышей на Pkd1^+/- или Pkd2^+/- фон, тяжесть прогрессирования кист, измеряемая по весу почек, индексу кист и сывороточному, драматически возрастала. Кистозный фенотип на Pkd1^+/- фоне был более тяжелым, чем на Pkd2^+/- в Prkcshflox/flox и Sec63flox/flox моделях, указывая на большую чувствительность к экспрессии PC1. Более того, избыточная экспрессия PC1 устраняет кистозный фенотип у Prkcshflox/flox и Sec63flox/flox мышей, тогда как избыточная экспрессия PC2 не дает обнаружимого эффекта на образование кист. Однако присутствие PC2 важно для функции PC1, поскольку избыточная экспрессия PC1 не оказывала эффекта на образование кист в отсутствие функционального PC2, это согласуется с существованием активного PC1-PC2 комплекса (3).

Т.к. экспрессия PC1 регулирует тяжесть образования кист, поэтому исследовали роль GII? и Sec63 в биогенезе PC1 и PC2. Потеря экспрессии GIIβ или Sec63 приводит к снижению экспрессии и PC1 и PC2, а отсутствие GIIβ нарушает доставку residual PC1 белка в первичную ресничку. Затем перевод Sec63flox/flox мышей на PKHD1del4/del4 фон усиливат тяжесть образования кист, это подтверждает, что Sec63 и fibrocystin могут функционировать на одном и том же пути. Прогрессирование формирования кист может быть обращено вспять избытояной экспрессией PC1. Эти находки показывают, что Sec63 и GIIβ необходимы для адекватной экспрессии функционального комплекса из PC1 и PC2 и подтверждают общий патогенетический механизм при ARPKD, ADPKD и ADPLD, где PC1 является скорость ограничивающим фактором.

Поскольку мутации в Prkcsh и Sec63 нарушают биогенез белка и контроль качества в ER (2), исследовали, будет ли ингибирование протеосом ещё больше увеличивать эффект мутаций. приводя к изменению белкового гомеостаза и повышая токсичность. Воздействие протеосомных ингибиторов MG132 и carfilzomib ведет к более высокой степени апоптоза в Sec63flox/flox клетках по сравнению с клетками дикого типа. Кроме того, воздействие MG132 увеличивает устойчиво уровни PC1возможно в результате снижения протеосомной деградации остаточного PC1. Наконец, воздействие на Prkcshflox/flox мышей 6 недель carfilzomib обнаруживало выраженное улучшение в отношении прогрессии кист без побочных эффектов. Скорость апоптоза в клетках, выстилающих кисты, повышена, а скорость пролиферации снижена. Эти находки строго подтверждают, что снижение активности протеосом может улучшать течение ADPLD.

Сегодня отсутствует эффективная терапия поликистоза почек и печени. Медицинское и хирургическое вмешательство был направлено на снижение экспансии кист, замедление роста кист и ограничение связанных с болезнью осложнений (1, 3). Терапевтический подход с использованием ингибиторов протеосом, увеличивающих чувствительность клеток с мутациями в Sec63 или Prkcsh путем снижения пролиферации и индукции апоптоза в выстилающем кисты эпителии, может быть многообещающим. Он открывает терапевтический подход, где побочные эффекты ингибиторов относительны по сравнению с потенциальным успехом. Однако клиническое использование этого концептуального терапевтического подхода нуждается в дальнейшей оценке и тестировании в клинических испытаниях. Fedeles et al. предлагают более лучшее понимание молекулярного патогенеза и клеточных изменений, ассоциированных с поликистозными нарушениями и подтверждают, что восстановление уровней PC-1 д. сказываться благоприятно на пациентах, что вместе с использование аутосомных ингибиторов может может быть достигнуто с помощью доставки экзогенных генов PDK1 или малых молекул, модулирующих экспрессию PC1.