Врожденные аномалии почек и мочевыводящих путей (CAKUT) представляют собой спектр пороков развития человека, вызванных аберрациями во время эмбрионального формирования почек и мочевыводящих путей [1-3]. Окончательное развитие почек и мочевыводящих путей у человека начинается на 14-й стадии Карнеги (т.е. на 5-й неделе беременности) [4, 5]. В процессе нефрогенеза зачаток мочеточника взаимодействует с метанефрической мезенхимой в пространственно-временном контексте, формируя дефинитивные почки. Любое нарушение этого процесса может привести к аномалиям почек CAKUT например, агенезия почки, мультикистозная диспластическая почка (MCDK), дисплазия почки, гипоплазия почки, эктопическая ткань почки или дуплексная почка), обструктивным нефропатиям (например, обструкция мочеточниково-тазового соединения (UPJO), обструкция уретеровезикального соединения, не-уточненный врожденный гидронефроз), и/или везикоуретеральный рефлюкс (VUR). Предполагается, что обструкция нижних мочевых путей (например, posterior urethral valves (PUV)) возникает из-за аберрантного вхождения мезонефрального протока в мочеполовой синус [6].

Хотя CAKUT лежит в основе до 50 % случаев детской почечной недостаточности [7], клинические исходы CAKUT сильно варьируют, и у подавляющего большинства пациентов прогноз относительно легкий [8, 9]. Это подчеркивает необходимость применения подходов прецизионной медицины для постановки точного диагноза и индивидуального прогноза для пациентов. Изучение молекулярной этиологии CAKUT потенциально может улучшить клинический исход пациентов так же, как и при других заболеваниях почек [10, 11].

Учитывая ранние наблюдения семейной сегрегации в 15-20% случаев CAKUT [1, 2, 8], генетическая основа аномального развития почек и мочевыводящих путей была предложена давно. Другие доказательства моногенных форм CAKUT включают существование соответствующих моногенных мышиных моделей [12] и наличие моногенных синдромов, включающих CAKUT [13]. Причиной CAKUT могут быть редкие однонуклеотидные варианты (SNVs) или варианты числа копий (CNVs, например, микроделеции или микродупликации) с или без известных генов, которые играют роль в нефрогенезе и развитии мочевыводящих путей (Дополнительные таблицы 1 и 2; Дополнительные данные) [2]. Эти вызывающие заболевания SNV и CNV имеют большой эффект и в основном следуют менделевской модели наследования [14]. Критерии приемлемости клинико-генетического тестирования при CAKUT были элегантно описаны в другом месте [15] и включают факторы, повышающие вероятность выявления моногенного CAKUT.

Ранние генетические исследования были сосредоточены на синдромальных формах CAKUT [1], показывая ассоциацию CAKUT с более крупными хромосомными аномалиями, такими как трисомия 21 и синдром Тернера (5% и 17-42% пораженных лиц имеют CAKUT, соответственно) [16, 17]. Дополнительные исследования выявили геномные вариации в ключевых генах, участвующих в развитии почек и мочевыводящих путей. К ним относятся SNV в генах, кодирующих факторы транскрипции и сигнальные молекулы (например, PAX2 [18], HNF1B [19], SIX1 [20], EYA1 [21], RET [22] и FGF20 [23]).

Значимость структурных вариаций в этиологии CAKUT была подчеркнута исследованиями, в которых было обнаружено более высокое бремя экзонных CNVs и обогащение известных геномных нарушений (вызванных более крупными CNVs) в случаях CAKUT по сравнению со здоровым контролем (дополнительная таблица 2) [14]. В частности, крупные и редкие делеции были предложены в качестве основного механизма, лежащего в основе геномных нарушений, связанных с KA включая кисты почек и синдром диабета и синдром Alagille [24, 25]. Способность определять причинные гены в пределах идентифицированных CNV-регионов впоследствии привела к новым ценным открытиям в этиологии КА, например, к идентификации TBX6 и MAZ в качестве драйверных генов для КА у лиц с синдромом микроделеции хромосомы (Chr.) 16p11.2 [14, 26, 27], а также HNF1B и CRKL для Chr.17q12 и Chr.22q11.2, соответственно [24, 28, 29].

Внедрение технологий массивного параллельного секвенирования (МПС), включая секвенирование всей экзомы (WES) и всего генома (WGS), способствовало выявлению более 60 генов, связанных как с синдромом, так и с изолированным CAKUT (дополнительная таблица 1, рис. 1) [30, 31]. Тем не менее молекулярный диагноз устанавливается максимум у 20 % пациентов с CAKUT, в зависимости от характеристик когорты [2, 32]. В дополнение к наблюдаемой неполной или неполной пенетрантности SNV, вызывающих заболевание [33], варианты в одних и тех же генах могут быть причиной различных фенотипов CAKUT (т.е. вариабельной экспрессивности), даже в пределах одной семьи [34]. Неполная пенетрантность и вариабельная экспрессивность указывают на ключевую роль эпигенетических механизмов и ко-регуляции множества генов, а также факторов окружающей среды в молекулярной этиологии CAKUT [1, 35, 36] и представляют собой одну из основных проблем для выявления патофизиологических механизмов CAKUT [37]. Благодаря секвенированию большего числа пациентов в больших когортах с синдромальными и изолированными CAKUT, а также созданию крупных публичных наборов данных по MPS, таких как gnomAD [38], клиническая вариабельность генетических форм CAKUT и их корреляции генотип-фенотип, вероятно, станут более определенными.

Рис. и табл. см. в оригинале статьи

figure 1 Selected genetic milestones and cumulative numbers of genes discovered for CAKUT over time. This figure is a CAKUT-specific update from [31]. The genes cumulatively counted are based on the CAKUT panel from Genomics England PanelApp, Table S1 from [13], and the diagnostic experience in our local university medical centers. Publication years are based on discovery articles and Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). CAKUT, congenital anomalies of the kidney and urinary tract; FSGS, focal segmental glomerulosclerosis; MPS, massive parallel sequencing; GWAS, genome-wide association study

В настоящее время WGS не применяется в рутинном генетическом тестировании при CAKUT, но его внедрение уже начато. WGS позволяет выявить широкий спектр вариантов, вызывающих заболевания, включая кодирующие и не-кодирующие SNV и CNV, структурные перестройки и повторяющиеся последовательности [39-41]. Исследования показали, что диагностическая эффективность WGS для пациентов с редкими заболеваниями составляет около 25 %, причем более 10 % этих диагнозов обусловлены геномными SNV в регионах, не выявляемых другими методами, кроме WGS [40, 42]. Крупное пилотное исследование в рамках проекта Genomics England Project, посвященное пациентам с не диагностированными редкими заболеваниями, показало диагностическую эффективность около 7 % для случаев CAKUT [40], что сопоставимо с результатами нескольких исследований на основе WES [43-45]. Молекулярные диагнозы в этом исследовании были выявлены в основном в регионах, которые были бы охвачены WES. Примечательно, что самый высокий результат наблюдался в анализах, включавших трио пациент-родитель, по сравнению с анализами, включавшими только пробанда или нескольких членов семьи [40]. В исследовании, проведенном в той же когорте у мальчиков с PUV с помощью WGS было обнаружено специфическое обогащение инверсий, влияющих на петлеобразование в хроматине [46]. Это еще раз подчеркивает потенциал WGS для улучшения нашего понимания молекулярных механизмов CAKUT, особенно при отборе трио. Однако интерпретация данных WGS за пределами кодирующих областей остается сложной задачей и требует, в частности, интеграции с дополнительными «омическими» данными, такими как эпигеномика, транскриптомика и протеомика [8, 41]. Для детального картирования и идентификации соответствующих регуляторных регионов генов можно использовать данные консорциума Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) Project [47]. Кроме того, огромный объем данных, получаемых с помощью WGS, требует значительных вычислительных мощностей и объемов хранения, что представляет собой логистическую проблему и, возможно, негативно сказывается на экологии при использовании в глобальном масштабе [48].

Как отмечалось в предыдущем разделе, многие SNVs и CNVs были связаны с синдромальными или изолированными формами CAKUT [2]. Поскольку эти генетические нарушения находятся под сильным селективным давлением, они встречаются преимущественно в редких фенотипах CAKUT, таких как KA или UPJO. Напротив, распространенность более частых фенотипов CAKUT, таких как low-grade VUR, дуплексная почка или эктопическая почечная ткань, может быть лучше объяснена одним или несколькими распространенными вариантами с меньшим размером эффекта [49].

Для выявления распространенных вариантов, ассоциированных с CAKUT, могут проводиться широко-геномные исследования ассоциаций (GWAS). При GWAS ассоциация между однонуклеотидными полиморфизмами (SNPs) и интересующим фенотипом оценивается с помощью генотипирования в масштабах всего генома с использованием хромосомных микрочипов (CMA) или WGS. WGS имеет более высокое геномное разрешение, не требует геномной интерполяции и потенциально позволяет обнаружить редкие варианты по сравнению с CMA.

В нескольких исследованиях сообщалось о роли общих вариантов в различных фенотипах CAKUT (табл. 1), хотя ассоциации не были надежными. Более низкая результативность GWAS при CAKUT по сравнению с другими заболеваниями почек [50, 51], вероятно, связана с относительно высокой фенотипической гетерогенностью в исследуемых когортах и малым размером выборки. Принимая во внимание различную экспрессивность CAKUT [34], можно было бы предположить наличие общей генетической основы и выступить за проведение GWAS, объединяющего все фенотипы CAKUT [52]. С другой стороны, эта фенотипическая гетерогенность также может усложнить поиск генетических ассоциаций, поскольку они могут быть хорошо объяснены редкими вариантами с малым или умеренным размером эффекта, для которых предположение о причинности является более сложным. Чтобы представить себе эту сложность определения генетической причинности в CAKUT, Martino и др. рассчитали невероятные оценки 93 384 случаев и 9 244 968 контролей, необходимых для выявления значимых ассоциаций в масштабах всего генома в теоретическом, но осуществимом сценарии, включающем распространенность заболевания в 1,0% (например, VUR или дуплексная почка), размер эффекта OR = 1,5 и частоту минорного аллеля 0,1% [37]. Хотя средний размер выборки в GWAS в целом быстро увеличился за последние несколько лет, CAKUT отстает, и создание более крупных биобанков крайне необходимо. Еще одним фактором, ограничивающим обобщаемость современных GWAS, является преобладание случаев и контролей европейского происхождения, что вносит погрешность из-за различий в аллельных вариациях в разных популяциях (например, гораздо выше в популяциях Африки к югу от Сахары по сравнению с кавказскими популяциями) [53]. Оба ограничения GWAS при CAKUT указывают на необходимость крупных и глобальных сотрудничеств.

Table 1 Overview of GWAS in CAKUT

Помимо генетических факторов, роль факторов окружающей среды в этиологии CAKUT была предметом нескольких, в основном эпидемиологических, исследований, все из которых характеризуются относительно небольшими размерами выборок, различиями во включенных фенотипах CAKUT и противоречивыми результатами [63, 64] (Таблица 2). Поскольку в этих исследованиях представлены лишь статистические ассоциации, молекулярные механизмы того, как воздействие предполагаемых факторов окружающей среды приводит к CAKUT, остаются в значительной степени умозрительными.

Table 2 Overview of environmental risk factors in the etiology of CAKUT

Наиболее изученным потенциальным фактором риска CAKUT является материнское ожирение. В 2021 году Jadresic et al. провели мета-анализ, который показал повышенный риск рождения ребенка с CAKUT у матерей с ожирением (odds ratio (OR) 1.14, 95% confidence interval (CI) 1.02–1.27) [65]. Другие исследования подтвердили эту связь [64, 66, 67], которая, согласно гипотезе, обусловлена повышением уровня глюкозы в крови, что может препятствовать закладке мочеточников [68], а также усилением воспаления и изменением уровня стероидных гормонов [69, 70].

Возраст матери во время беременности также был связан с риском развития CAKUT у потомства, хотя немногочисленные проведенные исследования показывают противоречивые результаты. В одних исследованиях был выявлен более высокий риск у пожилых матерей [71], в то время как в других - у более молодых [72, 73]. Таким образом, окончательные выводы о роли возраста матери в этиологии CAKUT пока сделать невозможно. Кроме того, остаются неизученными этническая принадлежность матери и срок беременности [74].

Предсуществующий diabetes mellitus (DM) and gestational diabetes mellitus (GDM) анализировались как факторы риска рождения ребенка с CAKUT [67, 75-78]. В нескольких исследованиях сообщается о постоянной значимой связи между матерями с DM и КА у их потомства (OR в диапазоне 2,4 (95% CI 1,3-5,6)-10,5 (95% CI 4,0-27,2)) [67, 75, 79, 80]. Другие исследования, изучавшие DM как фактор риска для всех фенотипов CAKUT, обнаружили более слабые, но все же статистически значимые ассоциации [77, 78, 81, 82], в то время как другие не выявили их [63, 71]. Такое же несоответствие было обнаружено и в отношении роли GDM как фактора риска CAKUT: в то время как некоторые исследования показали повышенный риск CAKUT у детей от матерей с GDM [71, 82], другие исследования не подтвердили эту ассоциацию [67, 77, 83]. Потенциально это несоответствие может объясняться временем начала GDM во время беременности, которая может влиять на различные этапы нефрогенеза и, следовательно, приводить к различным фенотипам CAKUT (например, GDM с ранним началом может оказывать большое влияние на формирование почечной ткани, тогда как GDM с поздним началом может влиять только на общее количество нефронов).

Немногочисленные исследования, изучавшие связь между субфертильностью и CAKUT, показали различные результаты [64, 84, 85], что отчасти объясняется использованием различных определений субфертильности. Для того чтобы определить, является ли бесплодие сопутствующим или определяющим фактором в этиологии CAKUT, необходимы стандартизированные и систематические исследования. Это также относится к инфекциям во время беременности [86, 87].

Удивительно, но связь между курением и употреблением алкоголя во время беременности и CAKUT гораздо менее доказана, чем для других пороков развития человека [63, 72, 81, 88-92]. Хорошо известный защитный эффект употребления фолиевой кислоты во время беременности при дефектах нервной трубки [93] также отмечается при CAKUT [64, 94-96]. Однако не во всех исследованиях, посвященных CAKUT, наблюдалась эта связь [64, 84, 85], что указывает на специфичность в ограниченный период времени развития почек и мочевыводящих путей. Хотя влияние некоторых лекарств (например, ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента, ретинола, противоэпилептических препаратов) на развитие почек подробно рассмотрено [97], механизмы, объясняющие, как прием матерью лекарств в период нефрогенеза приводит к CAKUT у потомства, еще не изучены систематически.

Взаимодействие генов и среды было установлено для других пороков развития человека, таких как расщелина губы и гипоспадия, которые, как и CAKUT, характеризуются сложной генетической архитектурой [98, 99]. Исследование, проведенное членами нашей группы, выявило взаимодействие между ожирением и генетическим вариантом rs3098698, расположенным в интроне ARSB на Chr.5, который повышал риск развития KA [100]. Однако в настоящее время ни в одном исследовании не изучались подобные взаимодействия для CAKUT, что, вероятно, связано с неполным одновременным учетом генетических и средовых факторов в протоколах исследований. Поскольку методология выявления значимых взаимодействий генов и окружающей среды в здоровье и болезни совершенствуется [101], мы рекомендуем в будущих исследованиях помимо генетических данных и данных о воздействии окружающей среды на нефрогенез собирать также данные об экспозиции (т.е. о влиянии воздействия окружающей среды на одного человека в течение всей жизни). Это позволит создать подробные когорты CAKUT, которые позволят провести исследования генов и окружающей среды, необходимые для заполнения этого пробела в знаниях о молекулярных механизмах CAKUT.

Выявление молекулярных факторов-кандидатов в этиологии заболеваний сопряжено с необходимостью делать окончательные выводы об истинной причинности. Однако это является необходимым условием для внедрения таких результатов в клиническую практику, например, путем включения в панели диагностических тестов или методики оценки риска. Хотя патогенность генетических вариантов может быть дополнительно подтверждена повторением результатов в других наборах данных, информацией о типе находки (de novo, частота аллелей, сегрегация) и предсказаниями in silico [102], модели in vitro и in vivo остаются краеугольным камнем для установления причинности. Углубленный функциональный анализ также способен выявить новые молекулярные пути и ключевые молекулы, которые управляют развитием почек и мочевыводящих путей. Таким образом, обнаружение не-модифицируемых генетических причин CAKUT может выявить потенциально нацеленные медиаторы dверх или вниз по течению [103].

Выбор модельных систем для функциональной валидации в первую очередь зависит от клинического сценария или фенотипа, который необходимо исследовать. Различные модели in vitro и in vivo обеспечивают свой собственный набор показаний и степень сходства с системой органов, которые будут рассмотрены более подробно. Чтобы имитировать воздействие факторов окружающей среды, модельные системы можно подвергать воздействию этих факторов через материнское введение для эмбрионов млекопитающих или через культуральную среду для личиночных (рыбы, амфибии) и in vitro моделей. Для генетических вариантов выбор модельной системы также зависит от актуальных открытий. В идеале, интересующий ген присутствует в модельной системе, а реальный вариант сохраняется. Решением проблемы отсутствия ортологичного гена может быть создание модели knock-in, как это было сделано, например, для всего (не-CAKUT) APOL1 у мышей [104], в то время как отдельные кодоны также были гуманизированы у мышей для изучения специфических функций гена [105]. Доступные в настоящее время (постоянные) методы редактирования генов (например, CRIPR/Cas9) значительно облегчают создание таких индивидуальных моделей. С другой стороны, необходимо помнить, что наличие паралогичных, дублирующих друг друга генов может ограничить экспериментальную применимость подходящей в других случаях модельной системы. Поскольку нормальное развитие в значительной степени зависит от специфических пространственных и временных паттернов экспрессии генов, тщательное моделирование CAKUT часто опирается на использование условных моделей экспрессии генов с использованием Cre-рекомбиназных линий мышей, которые позволяют проводить экспериментальные вмешательства в зависимости от ткани и/или стадии развития. Другие методы позволяют (более быстро) оценить временное подавление (например, морфолино) или индукцию экспрессии генов (например, плазмиды или вирусные векторы), что также полезно для скрининга генов-кандидатов [106-108].

Культура клеток, полученных из почки или определенных структур в мочевыводящих путях, может быть использована для изучения экспрессии генов, функции генов и молекулярных путей на уровне одной клетки. К преимуществам относится простота генетических манипуляций и воздействия факторов окружающей среды, а также доступность иммортализованных и первичных клеточных линий, включающих как эпителиальные клетки почек, так и клетки уротелия [107, 109]. Недостатком культивирования отдельных типов клеток является отсутствие воспроизведения взаимодействия между различными типами клеток, что является важным аспектом (ab)нормального развития почки. Органоиды почки - мини-3D-структуры, содержащие до 20 различных типов клеток почки, - могут стать подходящей альтернативой для решения этой проблемы. Они получены из эмбриональных стволовых клеток человека или индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC) и напоминают клеточный состав и профиль экспрессии ранних эмбриональных почек второго триместра, обеспечивая ценную, дополнительную методологию для изучения раннего развития почек [110, 111]. Для моделирования генетических вариантов стволовые клетки могут быть генетически модифицированы или, в случае с hiPSC, сгенерированы из множества типов соматических клеток реальных пациентов (например, фибробластов кожи, клеток крови или мочи). Использование органоидов почки, полученных от пациента, и изогенных контролей может повысить точность моделирования за счет обеспечения соответствующего (эпи)генетического контекста изучаемого заболевания. Кроме того, сложные методы профилирования экспрессии генов (например, секвенирование одноклеточной РНК) или геномных взаимодействий белок-ДНК (например, секвенирование иммунопреципитации хроматина) могут выявить новые транскрипционные механизмы, вовлеченные в болезнь [112]. Однако в настоящее время органоиды для CAKUT применяются только для моделирования фенотипов гипоплазии или дисплазии почек и, следовательно, не включают другие пороки развития почек или дефекты мочевыводящих путей, такие как обструкция, пузырно-мочеточниковый рефлюкс и аномалии мочевого пузыря, из-за соответствующих проблем, связанных с их дальнейшим созреванием, васкуляризацией и анатомической целостностью [113].

Животные остаются незаменимыми в исследованиях CAKUT, чтобы имитировать полную мультиорганную мочевую систему и сложность человеческой почки. Мышь (Mus musculus) является преобладающей модельной системой in vivo в исследованиях почек из-за ее сходства с развитием человеческой почки и наличия обширного исследовательского инструментария. Исследования на мышах привели к валидации и выяснению множества генов, вовлеченных в CAKUT (например, PAX2 и HNF1B), что подробно рассмотрено в другом месте [114]. Функциональная валидация (n) (эпи)генетического или средового фактора может быть выполнена путем оценки фенотипа в одной или нескольких временных точках развития. В то время как первоначальная оценка часто включает более традиционные методы, такие как иммуногистохимия и профилирование экспрессии генов/белков, углубленный механистический анализ включает генетические инструменты, такие как отслеживание линии развития и флуоресцентные репортеры для отслеживания потомства определенных клеток и визуализации пространственно-временных паттернов экспрессии генов [115]. Сочетание этих генетических инструментов с культурой эмбриональных почек ex vivo облегчает динамическое изучение нескольких эмбриональных стадий у одного эмбриона [116].

Рыбки данио (Danio rerio) зарекомендовал себя как надежная модель позвоночных для изучения дефектов развития почек. Большое количество потомства (n ~ 50-200) и сохранение 82 % генов, связанных с заболеваниями человека, позволяют проводить менее дорогостоящие и более пропускные скрининги по сравнению с мышами. Хотя у рыбок данио не развивается метанефрическая почка, личиночный пронефрос полезен для изучения почек как упрощенная версия человеческого нефрона [108, 117]. Личинки развиваются ex utero и являются полупрозрачными, что позволяет быстро проводить анализ фенотипа и визуализировать флуоресцентные маркеры в реальном времени. Влияние факторов окружающей среды на почку было успешно изучено на рыбках данио, что также может позволить исследовать взаимодействие генов и окружающей среды в CAKUT [118, 119]. Исследования генетических вариантов показали, что рыбки данио подходят для проверки значимости заболевания и направления эффекта. Например, морфолином индуцированная потеря функции у эмбрионов рыбок данио была использована для скрининга нескольких генов-кандидатов для синдрома микроделеции Chr.22q11.2 [29]. Кроме того, моделирование CAKUT у рыбок данио дает возможность проверить причинность отдельных SNV [120]. Однако дублированный геном рыбок данио делает их пригодными исключительно для поиска генов-кандидатов без паралогичных генов, поскольку они могут компенсировать эффекты генных манипуляций.

Несмотря на все более глубокое понимание (а)нормального развития почек и мочевыводящих путей, молекулярная этиология для подавляющего большинства пациентов с CAKUT до сих пор не установлена.

С уменьшением стоимости WGS этот метод, вероятно, заменит WES в качестве стандартного метода выбора для выявления редких и распространенных вариантов, вызывающих заболевания в CAKUT. Еще предстоит решить ряд проблем, связанных с анализом и интерпретацией данных WGS (особенно в одиночных вариантах) и их хранением. Кроме того, биоинформационный анализ данных WGS требует больших вычислительных затрат, что увеличивает его стоимость. Однако ожидается, что технологии искусственного интеллекта смогут решить многие из этих проблем [121]. Помимо WGS, ожидается появление еще более новых и комплексных методов, таких как секвенирование с длинным прочтением и Hi-C [122-124]. Более того, недавно появившиеся технологии пространственного разрешения транскрипции могут раскрыть транскриптомы и протеомы на разных этапах (нарушенного) нефрогенеза с разрешением в одну клетку. Это не только позволит выявить соответствующие патомеханизмы CAKUT, вызванные генетическими условиями, в пространственно-временном разрезе, но и, возможно, даст более полное представление об измененных молекулярных механизмах, инициированных воздействием окружающей среды или эпигенетических факторов в ходе нефрогенеза. Основным препятствием для использования пространственно разрешенной транскриптомики в CAKUT является тот факт, что для этих технологий требуются крайне редкие человеческие ткани из почек и мочевыводящих путей, предпочтительно в период беременности. Следует отметить, что это также является основной причиной того, что исследования, изучающие роль эпигенетических факторов в патогенезе CAKUT, были очень скудными, тем более что биопсия почки является относительным противопоказанием в клиническом ведении CAKUT. Отсутствие почечной ткани при CAKUT можно обойти, используя секвенирование одноклеточной РНК клеток почек, полученных из мочи новорожденных с CAKUT, для частичного преодоления этих препятствий. Такая удобная для пациента и неинвазивная «жидкая биопсия почек» основана на наблюдении, что клетки почек, например, подоциты и проксимальные тубулярные клетки, выделяются в мочу людей, страдающих заболеваниями почек (такими как цистиноз, подоцитопатии, острое повреждение почек), в большем количестве, чем у здоровых людей [125]. Однако до сих пор неизвестно, сохраняются ли соответствующие патомеханизмы в клетках почек после завершения нефрогенеза.

Хотя общий прогноз CAKUT значительно улучшился, пробел в знаниях об этиологии препятствует дальнейшему улучшению клинических исходов для больных, поскольку это требует персонализированных подходов. Поэтому мы основали консорциум Aetiology of renal and urinary tract anomalies defines Diagnostic Efficacy and Clinical Outcome (ArtDECO) - крупную трансляционную исследовательскую структуру в Нидерландах, включающую банк данных и биобанк с клиническими, генетическими данными и данными о воздействии окружающей среды от n ~ 3750 человек с различными фенотипами CAKUT и членов их семей (рис. 2). Используя WGS, мы стремимся получить более широкое представление о генетической архитектуре CAKUT. Собранные клинические данные включают лабораторные измерения, антропометрические показатели, данные визуализации (пренатальной и постнатальной), а также демографические и о течении беременности анкетные данные, такие как распространенность инфекций, курение и употребление алкоголя. Совместное использование этих данных позволит изучить факторы окружающей среды и их взаимодействие с геномными вариациями. Выявленные новые генетические и экологические факторы будут функционально изучены с помощью модельных систем in vivo и in vitro, чтобы понять их роль в аномальном развитии почек и мочевыводящих путей. Для этого мы стремимся использовать методы, удобные для пациентов, создавая органоиды почек из iPSCs, полученных из мочи пациентов. Благодаря нашей стратегии интеграции подробной фенотипической информации о пациентах с генетическими данными и данными о воздействии окружающей среды мы стремимся усовершенствовать методы клинической диагностики и прогностического моделирования для отдельных пациентов. Парадоксально, но для разработки персонализированной стратегии, улучшающей прогноз и клинический исход пациентов с CAKUT, необходимы когорты, состоящие, возможно, из 10 000 человек. Мы понимаем, что для достижения этой цели необходимо сотрудничество на международном уровне. Поэтому мы стремимся внести свой вклад в создание крайне необходимых разнообразных когорт CAKUT, для которых доступны многоугольные данные для раскрытия сложных молекулярных основ CAKUT.



figure 2 Framework of the ArtDECO research consortium. ArtDECO aims to integrate highly detailed phenotypic and clinical information of affected individuals with genetic data (generated by whole genome sequencing and chromosomal microarrays) with environmental exposure data to uncover the molecular etiology of CAKUT and improve the clinical management of patients. Candidate factors are subsequently validated by using tailor-made model systems

Таким образом, многофакторный молекулярный патогенез CAKUT включает в себя различные генетические парадигмы человека, а также внутренние и внешние воздействия вредных факторов окружающей среды. Роль эпигенетических факторов в нарушении нефрогенеза остается темой будущих исследований. Хотя наше понимание этиологии CAKUT расширилось благодаря все более широкому применению трансляционных методов, прогресс был медленнее, чем при многих других генетических заболеваниях почек. Создание больших когорт CAKUT обеспечит достаточное разрешение для установления причинно-следственных связей в аномальном развитии почек и мочевыводящих путей. Мы считаем, что сейчас самое время начать создание таких многоаспектных, подробных и разнообразных международных банков данных и биобанков, чтобы решить задачу улучшения клинических исходов у пациентов с CAKUT.

1. Спектр фенотипов CAKUT характеризуется чрезвычайно гетерогенной молекулярной основой и высокой клинической вариабельностью.

2. Несмотря на невероятные достижения в области геномных методов, генетический диагноз CAKUT в настоящее время может быть установлен у ~ 5-20% больных.

3. Факторы окружающей среды и их взаимодействие с геномом лежат в основе аберрантного развития почек и мочевыводящих путей, однако их вклад остается во многом противоречивым, а молекулярные механизмы - неясными.

4. Совершенствование трансляционных технологий в ближайшие годы приведет к улучшению подходов к валидации и, как следствие, к лучшему пониманию патомеханизмов CAKUT.

5. Для раскрытия этиологии CAKUT однозначно необходимы крупномасштабные усилия мирового масштаба. Настало время нашему сообществу инициировать это.