Hieno löytö! Epäorgaanisten fosfaattimuotojen Pi ja PPi suhteella on merkitys suonien kalkkeutumisessa

http://circ.ahajournals.org/content/127/24/2442

Työryhmä :Ricardo Villa-Bellosta, José Rivera-Torres, Fernando G. Osorio, Rebeca Acín-Pérez, José A. Enriquez, Carlos López-Otín, Vicente Andrés

Vuosi: 2013

Otsikko:

Puutteellinen solunulkoisen pyrofosfaatin (ePPi) aineenvaihdunta edistää verisuonten kalkkeutumista HGPS-taudin hiirimallissa. Tauti on parannettavissa pyrofosfaattihoidolla

Defective Extracellular Pyrophosphate Metabolism Promotes Vascular Calcification in a Mouse Model of Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome That Is Ameliorated on Pyrophosphate Treatment.

Abstrakti: Taustaa:  

Progeriini on  laminiinA:n  mutaatiomuoto ja sitä esiintyy HGPS-oireyhtymässä, joka on ihmisellä ennenaikaisesti vanhentava  aineenvaihdunnallinen geneettinen tauti. Taudille  on tyypillistä vahva ateroskleroosi ja verisuonten kalkkeutuminen, josta  sitten ennenaikainen kuolemakin johtuu; kuoleman välittö,ämä syynä  sydäninfarkti tai aivohalvaus.  Tutkijaryhmä selvitti, millä mekanismilla tapahtuu  tässä taudissa  verisuonten liiallinen kalkkeutuminen.

(Artikkeliin liittyy kuva solusta ja solutapahtumista, syistä ja seurauksista)

 

 

Verisuonen kalkkeutuminen ilmenee tyypillisesti kalsiumfosfaattisaostumana  (calcium-phosphate deposition) aortan seinämän  eri kerroksissa,  Nämä kalsiumfosfaatit ovat kalsium-ortofosfaattiperheen molekyylejä ja niihin kuuluu myös hydroksiapatiitti (HAp), octokalsiumfosfaaatti (CaP8) ja amorfinen kalsiumfosfaatti (ACP)
Calcium phosphate depodision

Calcium orthophosphate family, 

 Hydroxyapatite,

 Octocalcium phosphate,

 Amorphous calcium phosphate. 

 

 Meediakalkkeutuminen tapahtuu valtimoitten  elastiinin alueella ja assosioituu  miltei yksinomaan verisuonen sileän lihaksen soluihin (VSMC).

Verisuonten kalkkeutumisen pääriskitekijöitä on  Pi muotoisen inorgaanisen fosfaatin kohoaminen seerumissa.  Koeputkessa ja in vivo tutkimuksissa on osoitettu, että kohonut Pi pitoisuus verisuoniston sileässä lihassolussa triggeröi muutoksen luuta muodostavaan fenotyyppiin. Tämä transitio johtaa osteokondrogeenisten merkitsijöiden yliesiintymään ja näitä ovat transkriptiotekijä Runx2 ( myös nimi Cbfa1) ja se indusoi luun pääasiallisten matrixkomponenttien ilmentymää.

Sen sijaan solunulkoinen pyrofosfaatti (ePPi) blokeeraa suoraan kalsiumfosfaattiyhdisteiden saostumaa sekä koeputkessa että in vivo ja on sen takia pääasiallinen endogeenin inhibiittori verisuonten kalkkeutumiselle.

Solunulkoisen pyrofosfaatin (ePPi) hajoamista katalysoi kudoksen epäspesifinen alkaalinen fosfataasi (TNAP), sillä se hydrolysoi epäorgaanista pyrofosfaattia (PPi) , jolloin siitä tulee Pi muotoisia epäorgaanisia fosfaatteja.

Viljellyissä koe-eläinsoluissa indusoituu kalkkeutuminen alkaalisella fosfataasilla (ALP) ja estyy TNAP-inhibiittorilla. TNAP on säätynyt ylös uremisen koe-eläimen aortassa, mikä johtaa lisääntyneeseen pyrofosfaatin (ePPi) hydrolyysiin ja verisuonten kalkkeutumiseen.

Pääentsyymi, joka ottaa osaa ePPi-synteesiin aortassa ja viljellyissä suonen sileän lihaksen soluissa, on ektoentsyymi nukleotidipyrofosfataasi/fosfodiesteraasi-1 (eNPP1). Jos tämä entsyymi puuttuu, seuraa laaja-alainen ja fataali valtimoitten kalkkeutuminen lapsissa ja hiirissä. Tämän entsyymin subtraatti on ATP, jota kertyy extrasellulaariseen matriksiin useitten kuljettajien toimesta. Näistä yksi on ANK- kuljettajaproteiini ( multiple -pass transmembrane protein)

Tutkijat halusivat selvittää, millä mekanismilla HGPS-taudissa kehittyy suoniston kalkkeutuminen ja he analysoivat hiirtä, joka oli poistogeeninen laminiini A:n suhteen ja ilmensi progeriinia. ekvivalenttisesti ihmisen vastaavan mutaation kanssa. Tutkimuksissa ilmeni extrasellulaarisen pyrofosfaatin homeostaasin vaikeat muuntumat ja pahentuvat verisuonistokalkkeutumat. Kuitenkin pyrofosfaattikäsittelyllä voitiin näitä kalkkeutumia estää.

• KUVAN Selitystä.

Solunulkoinen pyrofosfaatti ePPi on pääestäjiä kalsiumfosfaatin saostumiselle

ja sitä syntyy ATP-lähteestä eNPP1-entsyymillä

(eNPP1 ektoentsyymi nukleotidipyrofosfataasi/fosfodiesteraasi-1) . 

 

Sitten TNAP- entsyymi hydrolysoi epaorgaanisen pyrofosfaatin (ePPi)  epäorgaanisiksi fosfaateiksi Pi. TNAP on kudoksen ei-spesifinen alkalinen fosfataasi (Tissue non- specific alkaline phosphatase). 

 

Pit1 ja Pit2 välittävät epäorgaanisen fosfaatin Pi soluun ottoa ja se on tärkeää ATP-synteesiä ajatellen. ATP syntyy pääasiallisesti mitokondrioissa oxidatiivisessa fosforylaatiossa (Ox-Phos) .Valmiit energiapakkaukset ATP vapautuvat extrasellulaariseen matrixiin kuljettajilla kuten ANK-kuljettajalla. 

 

Progeriini ( mutatoitunut proteiini) , jota ilmenee verisuonen sileässä lihassolussa(VSMC) lisää TNAP- ja eNTPD1- entsyymien aktiivisuutta. Jälkimmäinen on apyraasi 1/ ektonukleosiditrifosfataasi difosfohydrolaasi (apyrase1/ ectonucleoside triphosphatase diphosphohydrolase ) ja se purkaa ATP:stä epäorgaanista fosfaattia Pi.

 Ja niin haittaantuu mitokondrioitten funktio ja ATP-synteesi ( energiapakkausten teko) . Näistä muutoksista johtuu myös solunulkoisen pyrofosfaatin (ePPi) määrän väheneminen ja arterioitten seinämissä nousee Pi/PPi suhde. 

 

Tutkittujen koehiirten plasmassa oli normaaleja fosfaatin ja kalsiumin pitoisuuksia, mutta alkaalisen fosfataasin ALP aktiivisuus oli koholla ja sekä ATP-että PPi- pitoisuudet olivat madaltuneet. Näistä verisuoniston sileissä lihassoluissa tapahtuneista muutoksista progeroidisessa hiiressa johtui vahva aortan kalkkeutuminen , mutta siihen voitiin vastavaikuttaa antamalla pyrofosfaattia (PPi) hoitona .