Medizinische Forschung Sektion 1
Die Modellierung der Alpha-1-Antitrypsin-Heterozygotie bei menschlichen iPSC-Hepatozyten offenbart Stoffwechselstörungen und zelluläre Heterogenität. Andrew A. Wilson
Das Phänomen des Rekrutierungs-Sekretionsblocks („R-SB“) und Speicherkrankheiten des endoplasmatischen Retikulums. Francesco Callea
Diploide Hepatozyten treiben die physiologische Lebererneuerung beim erwachsenen Menschen voran. Olaf Bergmann
Altern und Lebererkrankungen. David A. Brenner
Warum entwickeln manche Alphas eine Lebererkrankung und andere nicht?
Die Modellierung der Alpha-1-Antitrypsin-Heterozygotie bei menschlichen iPSC-Hepatozyten zeigt Stoffwechselstörungen und zelluläre Heterogenität
Andrew A. Wilson
Diese Studie zeigt, dass MZ-iHeps einen zellulären Phänotyp aufweisen, der im Vergleich zu genetisch übereinstimmenden ZZ- und MM-Komparatoren liegt. Durch Multi-Omics-Profiling haben wir gezeigt, dass die AAT-Verarbeitung sowohl bei ZZ- als auch bei MZ-iHeps gestört ist und mit nachfolgender metabolischer Dysregulation, beeinträchtigter mitochondrialer Funktion und zellulärer Heterogenität verbunden ist, die durch zweigspezifische UPR-Genexpression gekennzeichnet ist. Diese Erkenntnisse liefern wichtige Einblicke in die mechanistischen Grundlagen der durch ZAAT verursachten Leberzellschädigung, die zum erhöhten Risiko einer klinischen Lebererkrankung beitragen könnten, das sowohl bei heterozygoten als auch homozygoten Personen für die Z-Mutation beobachtet wird.
Das Phänomen des Rekrutierungs-Sekretariatsblocks („R-SB“) und
Speicherkrankheiten des Endoplasmatischen Retikulums
Francesco C allea
In diesem Artikel untersuchen wir die biologischen und klinischen Auswirkungen des Rekrutierungs-Sekretionsblock-Phänomens („R-SB“). Das Phänomen bezieht sich auf die Reaktion der Leber in Bezug auf die Proteinsekretion unter Bedingungen klinischer Stimulation. Unser grundlegendes Wissen über den Prozess beruht auf
die experimentelle Arbeit an Tiermodellen. Unter basalen Bedingungen wird die Proteinsynthese hauptsächlich von periportalen (Zone 1) Hepatozyten durchgeführt, die als „professionelle“ Proteinsynthesezellen gelten. Unter Stimulation werden mittellobuläre und zentrolobuläre (Zonen 2 und 3) Hepatozyten nach und nach gemäß lobulären Gradienten rekrutiert und tragen zur Steigerung der Synthese und Sekretion bei. Die durch exogene Wirkstoffe bewirkte Blockierung der Sekretion führt zur intrazellulären Retention aller sekretorischen Proteine. Der Pi MZ-Phänotyp des Alpha-1-Antitrypsinmangels (AATD) hat sich als Schlüssel für In-vivo-Studien der Reaktion der Leber erwiesen, da Synthese und Blockierung der Sekretion gleichzeitig auftreten. Tatsächlich wird die M-Fraktion von AAT zur Synthese stimuliert und regelmäßig exportiert, während die Z-Fraktion größtenteils in der Zelle zurückgehalten wird. Aus diesem Grund wurde das Phänomen als „Rekrutierungs-Sekretionsblock“ („R-SB“) bezeichnet. Das „R-SB“-Phänomen erklärt, warum: (a)
Die MZ-Individuen können den Serummangel korrigieren; (b) die resultierenden immunhistochemischen und elektronenmikroskopischen (EM) Muster sind sehr eigenartig und spezifisch für die Diagnose der Z-Mutation in Gewebeschnitten ohne Genotypisierung; (c) der Begriff Träger ist nicht mehr anwendbar für die
heterozygoter Zustand, da alle Pi MZ-Individuen eine Speicherung aufweisen und die Speicherung zu Leberschäden prädisponiert. Die Speicherung stellt die wahre elementare Läsion dar und spiegelt folglich den Phänotyp Genotyp wider
Korrelation; (d) Ort und Funktion des extrahepatischen AAT und die Beziehung zwischen intra- und extrazellulärem AAT; (e) nicht zuletzt das Konzept der endoplasmatischen Retikulumspeicherkrankheit (ERSD) und einer neuen Krankheit, der hereditären Hypofibrinogenämie mit hepatischer Speicherung (HHHS).
Angesichts des in vitro beschriebenen Phänomens, dass M- und Z-AAT Heteropolymere sowohl in Hepatozyten als auch im Blutkreislauf bilden können, haben wir das gesamte klinische und experimentelle Material überprüft, das im Laufe von vierzig Jahren gesammelt wurde, um zu beurteilen, inwieweit die
Polymerisationsphänomen tritt in vivo auf. Der Artikel fasst Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen AAT und Fibrinogen sowie zwischen den verwandten Krankheiten AATD und HHHS zusammen. Tatsächlich unterliegen Fibrinogen-Gammakettenmutationen einem Aggregationsprozess innerhalb des RER von Hepatozyten
ähnlich wie AATD. Darüber hinaus hat diese Arbeit das faszinierende Phänomen aufgeklärt, das einem neuen Syndrom zugrunde liegt, nämlich der hereditären Hypofibrinogenämie und Hypo-APO-B-Lipoproteinämie mit hepatischer Speicherung von Fibrinogen und APO-B-Lipoproteinen. Es ist zu hoffen, dass diese Studien zu künftigen Forschungen beitragen und Strategien auswählen können, die darauf abzielen, die hepatozytäre Speicherung gleichzeitig zu korrigieren und so Leberschäden und den Plasmamangel der beiden Proteine zu verhindern.
Diploide Hepatozyten treiben die physiologische Lebererneuerung voran
bei erwachsenen Menschen
Olaf Bergmann
Grafische Zusammenfassung
Basierend auf der Radiokarbon-Datierung der Geburt,
umfassendes Modell der Hepatozyten
Erneuerung beim Menschen zeigt, dass die Leber
bleibt ein junges Organ. Hepatozyten
zeigen eine kontinuierliche und lebenslange
Der Umsatz ist in hohem Maße abhängig von
ihr Ploidieniveau.
Durch retrospektive 14C-Geburtsdatierung lässt sich das Alter der menschlichen Leber bestimmen (<3 Jahre)
Die Erneuerungsraten adulter Hepatozyten sind unabhängig vom Alter der Versuchspersonen
Diploide Hepatozyten weisen eine mehr als 7-fach höhere Geburtenrate auf als polyploide
Der Beitrag höherer Ploidiegrade zum diploiden Hepatozytenpool ist begrenzt
Altern und Lebererkrankungen
David A. Brenner
Das Volumen und der Blutfluss der Leber nehmen mit zunehmendem Alter allmählich ab. Studien mit Ultraschall zufolge verringert sich das Lebervolumen mit zunehmendem Alter um 20–40 %. Solche Veränderungen stehen im Zusammenhang mit einem Rückgang des Blutflusses in der Leber. Bei Personen im Alter von 65 Jahren oder älter wurde ein um etwa 35 % verringertes Blutvolumen der Leber im Vergleich zu Personen unter 40 Jahren festgestellt. Studien, bei denen die Leber mit Radioisotopen untersucht wurde, zeigten jedoch keine Abnahme des gesamten Lebervolumens, sondern der Masse der funktionellen Leberzellen. Studien haben gemischte Ergebnisse über altersbedingte Veränderungen der Leber berichtet. Im natürlichen Alterungsprozess zeigt sich bei Menschen eine leichte Abnahme der Serumalbuminkonzentration oder der normale Wert bleibt erhalten. Das Neuralfett- und Cholesterinvolumen in der Leber nimmt mit zunehmendem Alter allmählich zu, und auch die Blutcholesterin-, HDL-Cholesterin- und Neutralfettwerte nehmen mit der Zeit zu. Gleichzeitig verringert sich der Stoffwechsel des LDL-Cholesterins um 35 %. Die Serumwerte von γ-Glutamyltransferase und alkalischer Phosphatase steigen mit zunehmendem Alter an. Während die Serumaminotransferase auf einem normalen Niveau bleibt, sinkt der Serumbilirubinspiegel mit zunehmendem Alter des Menschen allmählich.
Zu den altersbedingten Veränderungen der Leberzellen zählen Volumenveränderungen , Polyploidie (polyploide Kerne), Ansammlung von dichten Körpern (Lipofuszin) im Inneren der Leberzellen, eine Verringerung der Fläche des glatten endoplasmatischen Retikulums und eine abnehmende Zahl und Funktionsstörung der Mitochondrien . Das Volumen der Leberzellen nimmt mit zunehmender Reife allmählich zu, beginnt jedoch mit dem Alter abzunehmen. Lipofuszine sind stark vernetzte, nicht abbaubare Proteinaggregate, die entstehen, wenn durch oxidativen Stress geschädigte und denaturierte Proteine nicht in den Leberzellen abgebaut werden. Diese Lipofuszine verursachen eine erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in den Zellen und verringern die Überlebensfähigkeit der Zelle. Als Folge des Alterns tritt mit der Zeit tendenziell häufiger Polyploidie der Leberzellen auf, die mit einer abnehmenden Zahl und Funktionsstörung der Mitochondrien einhergeht und einen Rückgang des ATP-Spiegels zur Folge hat. Außerdem wird der Bereich des glatten endoplasmatischen Retikulums verkleinert, was eine verringerte Bildung von glattem endoplasmatischen Retikulum und eine reduzierte Synthese von mikrosomalen Proteinen in der Leber zur Folge hat.
Warum entwickeln manche Alphas eine Lebererkrankung und andere nicht?
Varianten der Autophagie-Gene MTMR12 und FAM134A sind mutmaßliche Modifikatoren des Leberphänotyps bei α1-Antitrypsin-Mangel
Tafaleng, Edgar N.1; Li, Jie2; Wang, Yan1; Hidvegi, Tunda2; Soto-Gutierrez, Alex1; Locke, Adam E.2; Nicholas, Thomas J.2; Wang, Yung-Chun2; Pak, Stephen2; Cho, Michael H.3; Silverman, Edwin K3; Silverman, Gary A.2; Jin, Sheng Chih2; Fox, Ira J.1; Perlmutter, David H.2
Abstrakt
Hintergrund und Ziele:
Bei der klassischen Form des α1-Antitrypsinmangels akkumuliert eine fehlgefaltete Variante des α1-Antitrypsin Z im endoplasmatischen Retikulum der Leberzellen und verursacht bei einer Untergruppe betroffener Homozygoten Leberzellschäden durch Funktionsgewinn-Proteotoxizität. Über mutmaßliche Modifikatoren ist jedoch relativ wenig bekannt. Hier haben wir eine Genomsequenzierung in einer speziell betroffenen Familie mit einem Indexfall von Leberversagen und 2 homozygoten Geschwistern mit minimaler oder keiner Lebererkrankung durchgeführt. Ihre Sequenzen wurden mit Sequenzen gut charakterisierter Kohorten von Homozygoten mit oder ohne Lebererkrankung verglichen. Anschließend wurden Kandidatensequenzvarianten auf Veränderungen in der Kinetik des Abbaus der α1-Antitrypsin-Variante Z in aus iPS gewonnenen hepatozytenähnlichen Zellen getestet, die von den betroffenen Geschwistern selbst stammen.
Vorgehensweise und Ergebnisse:
Bestimmte Varianten in den Autophagiegenen MTMR12 und FAM134A könnten jeweils den Abbau der α1-Antitrypsin-Variante Z in Zellen des Indexpatienten beschleunigen, aber sowohl MTMR12- als auch FAM134A-Varianten waren erforderlich, um den Abbau der α1-Antitrypsin-Variante Z in Zellen eines geschützten Geschwisters zu verlangsamen, was darauf hindeutet, dass die Vererbung beider Varianten erforderlich ist, um die pathogenen Wirkungen der Leberproteotoxizität auf zellulärer Ebene zu vermitteln. Die Analyse homozygoter Kohorten zeigte, dass mehrere patientenspezifische Varianten in Proteostase-Genen wahrscheinlich die Anfälligkeit für Lebererkrankungen auf Populationsebene erklären.
Schlussfolgerungen:
Diese Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass genetische Variationen in der Autophagiefunktion die Anfälligkeit für Lebererkrankungen bei α1-Antitrypsinmangel bestimmen können, und liefern Beweise dafür, dass für die proteotoxische Pathologie wahrscheinlich polygene Mechanismen und mehrere patientenspezifische Varianten erforderlich sind.
Hinweis: Dies ist keine offene Veröffentlichung