文摘
在过去年越来越多的证据表明,核受体过氧物酶体proliferator-activated receptor-gamma (PPARgamma)调节肾素基因的表达,从而整个肾素的产量。本文总结了当前知识的肾素基因的转录控制PPARgamma收到各种模型从细胞培养转基因动物。PPARgamma行动在肾素的分子机制尤其有趣,因为它们是由两个新特色描述特征:其中一个是最近发现的PPARgamma目标序列Pal3特定人类肾素基因和调节异常transactivation灵敏度高;另一种是PPARgamma的增效效果在营地信号renin-producing细胞。此外,我讨论的需要产生额外的转基因动物模型更合适的关于PPARgamma-dependent的作用调节肾素基因表达在人类疾病如动脉高血压和代谢综合症。
1。介绍
肾素是天门冬氨酰蛋白酶产生的球旁细胞(詹)的传入小动脉肾。限制酶在肾素-血管紧张素系统(RAS),起关键作用的控制血压和盐排泄。肾素的生产严格监管在转录水平。虽然活性肾素释放到循环通过调节胞外分泌,慢性(patho)生理线索影响肾素生产(例如,改变盐摄入量,血压的变化,血管紧张素ⅱ封锁,等等)总是诱导并行血浆肾素浓度的变化(中华人民共和国)和肾素mRNA水平詹细胞(1]。因此,控制基因转录的决定性一步的整体调节肾素产量。的独联体代理监管的肾素基因序列位于5’侧翼子。肾素启动子有两个进化保守的监管区域:近端启动子立即位于上游的转录起始站点和远端(或肾)增强器由大约240个基点位于在鼠标和−−2.6 kb 12 kb在人类肾素基因(2]。许多转录因子作用通过识别序列肾脏近端启动子或增强剂参与调节肾素基因(1]。大多数的实验数据对这些转录因子的功能从细胞获得文化设置。目前,体内模型集中用于破译肾素基因的转录控制。虽然体内发现的一些不确定早期体外结果(可能也反映了特有的差异),肾素表达的整体监管数据符合良好的在一起,提供了一个全面了解的监管机制。
肾素基因转录因子驱动可分为两组根据他们的功能作用和启动子(图互动网站1)。第一组包括转录监管机构控制基底肾素基因的表达。其中大部分(但不是全部)与近端肾素启动子进行交互。这个群体包括分子/ ATF的成员,核受体,CBF / HOX /交换机和Sp / KLF转录因子家族(3- - - - - -5]。相信这些蛋白质的共同行动负责的发育控制肾素基因,就突显了这一个独特的时间和网站表达模式在发展中肾脏血管。第二组包含因素调节肾素转录响应稳态或病理生理信号。重要的代表这组分子,核受体(如LXR RAR / RXR VDR, COUP-TFII,和PPARgamma),统计,NFkappaB [6- - - - - -12]。值得注意的是,和核受体分子可以绑定到远端增强剂和近端启动子,而统计数据和NFkappaB只有增强器交互元素。基于此绑定模式,认为分子和核受体肾素基因的控制尤为重要。现在承认,在监管中扮演核心角色的肾素分子表达(13]。营的主要转录效应/分子PKA信号级联进而被认为是最重要的细胞内机制推动肾素合成(1]。作为核受体,似乎各种家族成员参与控制基底和调节肾素基因转录。他们的行动模式之一是调节营/ PKA通路的影响肾素基因(10,12,14,15]。然而,整个机制的核受体影响肾素转录(尽管还不完全的特征)是更复杂的。它们包括各种输入信号和核受体超家族内部互动以及与多个肾素启动子识别网站。本文关注核受体的作用PPARgamma肾素基因表达的调节,因为PPARgamma典范的多通道分子行为的核受体在肾素转录。此外,PPARgamma-dependent transactivation肾素基因的可能诱发高血压的机制之一,肥胖和随之而来的疾病,糖尿病2型(DM2)与代谢综合征(大都会)。
2。转录机制
PPARgamma属于核受体家族还包括PPARalpha和ppardelt /β。PPARs类我ligand-activated核受体(称为NR1C1 C3根据统一的核受体命名),通常是由脂肪酸。他们结合DNA与RXR形成核心识别序列称为PPRE (PPAR响应元素)或根据DR1因为它代表一个直接重复1 bp间隔共识核受体结合位点的5′- (G) GGTCA-3′(称为激素响应元素(一定是))。虽然PPARs最初描述的调节脂质代谢,现在知道他们是广泛表达,参与了多个方面的控制全身体内平衡的16,17]。
PPARgamma最初是在筛选确定刺激肾素生产的游离脂肪酸对肾素的影响,试图识别机制负责动脉高血压在肥胖的发展(18]。后来证实,药理PPARgamma受体激动剂(噻唑烷二酮类))也增加肾素合成。实验表明,早期PPARgamma是转录的影响,因为它可以废除由转录从而排除影响肾素抑制剂mRNA稳定(18]。PPARgamma还刺激肾素释放至少16小时后从培养本地詹细胞受体激动剂治疗表明刺激肾素基因表达的增加是次要的(v . t .托多罗夫,未发表的结果)。虽然这初始数据拟合的细胞机制的知识PPARgamma行动,进一步研究增添了新的见解执政的范例。我们确定了PPARgamma结合位点的近端启动子人类肾素基因,然而,不是PPRE /根据DR1序列。相反,它代表一个回文3 bp间隔,因此被称为Pal3。Pal3最初发现于随机选址分析与体外蛋白质和翻译的能力,结合PPARgamma不仅与RXRalpha也是为异质二聚体(19]。的双重结合特异性PPARgamma归因于D-box的dna结合蛋白和二聚(DBD)域由三个氨基酸,而几乎所有的核受体除了PPARs D-box五个氨基酸(19]。我们提供了第一个证据表明PPARgamma人类肾素基因的结合Pal3序列为,异质二聚体与RXRalpha细胞系统(18,20.]。令人惊讶的是,PPARgamma诱导较强的转录激活通过Pal3网站相比共识PPRE /根据DR1元素在受体激动剂治疗(18]。更高的transactivation通过Pal3似乎是一个绑定的结果PPARgamma为。的PPARgamma为绑定到Pal3 PPARgamma受体激动剂提供了一个额外的配体结合网站内的转录因子复杂而PPARgamma / RXRalpha异质二聚体。这将导致更有效的招聘辅活化因子,因此在目标基因的强大transactivation感应PPARgamma受体激动剂。自PPARgamma Pal3与高亲和力结合为比异质二聚体,它可以预测Pal3序列将被完全的功能即使在最小的细胞表达水平PPARgamma [19]。事实上,人类肾素Pal3传播最大PPARgamma-induced transactivation PPARgamma sequence-specific siRNA撞倒了,尽管基础肾素转录减弱(20.]。这些发现证明,Pal3的主要功能可能PPARgamma-regulated基因的控制在较低的细胞类型PPARgamma表达式。尽管额外Pal3-driven基因已经确定(见下文),全球角色的Pal3转录控制等待进一步调查。全基因组的研究表明,25%的PPARgamma目标基因(大约1400年至3300年,根据不同的研究)不具备PPRE /根据DR1主题暗示至少300可能Pal3-regulated基因可能存在(21,22]。
我们还发现双绑定的组合模式的滥交heterodimerization PPARgamma RXR核受体在其他HRE-binding网站可以有助于保存绑定PPARgamma为以低的细胞表达Pal3 PPARgamma [20.]。这提供了额外的解释一致最大transactivation由人类肾素Pal3(见上图)。尽管这种模式似乎违反直觉,绑定的实验数据清楚地表明,PPARgamma为而增加当PPARgamma撞倒了,而整个转录因子结合人类肾素Pal3实质上减少由于受损绑定PPARgamma / RXRalpha形成。重要的是,renin-producing细胞缺乏雌激素受体的结合Pal3网站和有竞争的绑定PPARgamma为(20.]。
旁边的古典ligand-dependent激活、转译后的修改由小ubiquitin-like修饰符(相扑)被发现调节PPARgamma函数(全面审查,请参阅[23])。值得注意,SUMOylation中央一步PPARgamma抗炎作用的分子机制24]。然而,的影响PPARgamma SUMOylation Pal3-regulated基因表达上尚未报道。
人类肾素的老鼠orthologue Pal3是功能沉默尽管高序列相似性。因此追求PPARgamma-binding网站老鼠肾素基因开始。这样的序列被证明是直接重复元素一定是肾脏增强器中已经报道调解upregulation维生素A(肾素表达的9,20.]。这个主题不同于共识PPRE /根据DR1的网站,它有一个时间间隔,因此也称为PPRE-like。完全来自细胞培养研究的数据表明,PPARgamma影响肾素转录生物的方式,意味着人类肾素基因更敏感比鼠标PPARgamma肾素基因。检查PPARgamma在体内肾素的影响,我们的团队与中断PPARgamma轨迹生成double-transgenic老鼠renin-producing细胞。选择性PPARgamma淘汰赛导致增加小鼠肾素表达(25]。虽然这个发现似乎自相矛盾,但它实际上是预期。我们和其他人观察到PPARgamma不足增加了基线PPRE-driven转录(17,20.]。这种效应的一个潜在的分子机制是核受体的增加绑定除了PPARgamma因为PPRE /博士一般目标的非甾体类核受体I和II类。第二个机制是转录辅阻遏物的受损的招聘,因为PPARgamma驻留在PPRE /包裹着NCoR博士(核体若)或SMRT(沉默中介类维生素a和甲状腺受体)的配位体的缺失。在这样一种方式,PPARgamma缺乏和ligand-dependent对基因转录激活能产生相似的影响。因此,这些发现在动物模型的预测效果证实PPARgamma鼠标肾素基因,提供了第一个证据,PPARgamma-dependent体内肾素转录相关的监管。
3所示。与营地/ PKA的交互途径
大量的数据从细胞培养和体内研究明确表明营地/ PKA /分子通路是中央控制的肾素基因转录和整体肾素生产(了1])。营介导肾素表达的刺激儿茶酚胺/交感激活和前列腺素。此外,营地/ PKA信号决定了基底肾素基因的转录率。核受体与营地/ PKA串级调节肾素基因的不同模式。因此,肝X受体(LXR)是一种直接的目标PKA [10]。LXR绑定到一个近端启动子序列称为CNRE(营地和消极监管元素)来刺激肾素表达在营地。另一方面,维生素D3受体(VDR)二聚化分子绑定到肾素增强器CRE(营响应元素)来抑制肾素转录(12]。此外,COUP-TFII被发现近端肾素基因启动子的功能所必需的CRE [15]。PPARgamma也与营renin-producing细胞的信号通过一个独特的机制。这种机制的破译的体外观察cAMP-induced肾素表达显著疗效的PPARgamma受体激动剂峰值超过基线(以上100倍(!)14]。势差现象不是一个相应的变化agonist-stimulated营地一代(但不是在营地里退化)和依赖于完整的转录。因此,腺苷酸环化酶的表达(ACs)的阵营产生酶的鉴定筛选导致AC6 PPARgamma-inducible基因。AC6未来PPARgamma目标基因的识别是由一个守恒Pal3序列。AC6 Pal3序列在本土基因组上下文的肾脏被发现被PPARgamma表明这种机制是体内功能14]。
总之,PPARgamma似乎刺激肾素表达通过双重机制:直接通过PPARgamma-binding肾素启动子序列;和间接,通过放大agonist-induced阵营通过增加AC6转录(图生产2)。
4所示。临床意义和前景
PPARgamma被认为是大都会的关键分子发病机理。这种综合症包括肥胖伴有高脂血症、胰岛素抵抗/糖尿病2型和动脉高血压(16]。因此,服用tzd可以用于治疗胰岛素抵抗在大都会26]。PPARgamma表达在心血管系统参与调节血压。然而,是否PPARgamma行为,赞成或抗高血压仍不清楚。动物实验表明,内皮PPARgamma有利于血管舒张和抵消血管收缩17,27,28]。另一方面,研究服用tzd与内皮细胞不充分证明受体激动剂的影响是由PPARgamma [29日,30.]。这个问题尤为重要,因为服用tzd可能引起松弛血管平滑肌细胞(VSMC) PPARgamma-independent的方式(31日,32]。此外,转基因动物生成选择性地对抗PPARgamma VSMC的不足或高血压(33- - - - - -35]。至少部分这些矛盾的结果可以解释不同的细胞特异性启动子的结构用于目标VSMC。转基因策略还包括超表达的显性负PPARgamma突变体或删除的蛋白质。我们的研究表明,这两种方法应该对Pal3发散作用,PPRE / DR1-controlled基因,从而进一步复杂化的解释数据。还应该指出,物种特异性PPARgamma行动之前被认为是人类从动物实验应用知识(18,20.,36]。尽管,服用tzd建议暂停从欧盟市场由于“增加心血管风险”(从23.10.2010 EMA / 585784/2010,新闻稿)。此外,第三期临床试验测试双PPARalpha /γ受体激动剂的影响2型糖尿病患者心血管疾病最近暂停了,因为“安全性信号和缺乏有效性”(罗氏媒体发布,巴塞尔,10。2013年7月)。后者尤其令人失望,因为最初的短期研究报告有前途的药物对循环的影响(37]。因此,当前的知识意味着药理激活PPARgamma单独或结合PPARalpha不是对心血管系统有益。
血浆肾素浓度增加肥胖和大大有助于心血管和肾脏并发症(高血压、动脉粥样硬化、冠心病和慢性肾病)(38]。因为PPARgamma激活在肥胖(39),因为它能刺激肾素基因表达(14,18,20.)、耐人寻味的可能性存在,激活PPARgamma增加代谢综合症患者的肾素生产,因此prohypertensively行动。然而,实验数据支持这一假说的仍然是稀缺的。一个主要障碍是缺乏合适的动物模型考虑到鼠标和鼠肾素基因很可能是不太敏感的PPARgamma比人类肾素基因。在支持这一假设,肾素调节在健康的人而不是老鼠服用tzd处理([40),v . t .托多罗夫,未发表的结果)。我们治疗肾素细胞PPARgamma-deficient小鼠和野生型控制动物脂肪饮食10周。只有短暂的增加(治疗)的第一周结束时肾素表达和动脉压的野生型观察表明条件PPARgamma基因敲除小鼠也有限的相关性研究高血压模型在人类的大都会。提供更好的实验模型,我们使用了转基因coplacement策略生成的两个转基因小鼠行携带完整的人类肾素基因插入到同一个基因组位点。注意老鼠和人类PPARgamma DBD域分子是相同的,因此不包括潜在的物种特异性差异PPARgamma绑定到人类肾素基因在转基因动物。一行有野生型人类肾素基因,而另一行有一个突变Pal3序列在人类肾素基因。这种方法允许的精确比较的规定PPARgamma人类肾素基因的存在和缺乏Pal3站点体内。第一个研究显示,人类低肾素表达突变的小鼠Pal3序列(图3)。这一发现证实了细胞培养实验,肾素转录下降如果Pal3突变或如果PPARgamma撞倒了18,20.]。我们目前正在研究高脂肪饮食的影响这两个转基因线测试Pal3是否必要的upregulation肾素表达在这个模型的肥胖。RAS的两个人类肾素血管紧张肽原线将进一步人性化,因为人类肾素不与老鼠血管紧张肽原反应。同时鼠标血管紧张肽原和肾素将会淘汰。这种策略旨在功能取代内生老鼠RAS的人类。因此,coplacement技术是一种很有前途的工具生成的相关动物模型解释的角色PPARgamma Pal3刺激肾素的生产和发展的动脉高血压在大都会。
(一)
(b)
承认
作者是支持的德意志Forschungsgemeinschaft赠款SFB 699 / B1和679/1-1。