Sistema FGF23 – KLOTHO y metabolismo mineral en salud y en la ERC

Elisa del Elisa del ValleValle

IDIMOctubre 2011

GEN KLOTHOGEN KLOTHO

◊ Fue identificado como un gen mutado en el ratón klotho en 1997 por Kuro-o

◊ Gen Klotho funciona como un gen supresor de envejecimiento

◊ En ratones cuando está sobreexpresado aumenta la sobrevida

◊ Su supresión acelera el envejecimiento

◊ Estaría implicado en la regulación de los procesos de envejecimiento en los humanos, pudiendo tener una actividad antienvejecimiento

Ratones Klotho-/-

• Corta vida• Retardo de crecimiento • Hipogonadismo• Atrofia de piel y músculos

Ratones FGF 23-/-

• Corta vida• Retardo de crecimiento • Hipogonadismo• Atrofia de piel y músculos

Fenotipo de ratones Klotho-/- y FGF 23-/-

• Atrofia de piel y músculos• Enfisema pulmonar• Hipoglucemia• Arteriosclerosis • Osteoporosis• Calcificación de tejidos blandos• Hiperfosfatemia• Hipervitaminosis D• Hipercalcemia

• Atrofia de piel y músculos• Enfisema pulmonar• Hipoglucemia• Arteriosclerosis • Osteoporosis• Calcificación de tejidos blandos• Hiperfosfatemia• Hipervitaminosis D• Hipercalcemia

Factor de Crecimiento Fibroblástico 23

Fosfatonina (factor regulador del metabolismo del fósforo)Miembro de la familia de factor de crecimiento fibroblástico

Sintetizada en el hueso (osteoblastos/osteocitos) inhibe el transportede P en TCP

Controla los niveles de 1,25 D3

Dominio característico de FGF

1 25 176-179 252

Sitio de clivaje

N terminal C Terminal

Se encuentra aumentado en desórdenes hereditarios hipofosfatémicosy en la osteomalacía inducida por tumores. Fue identificado originalmente como gen mutado en el ADHR

RXXR

Inhibe síntesis PTH

-FGF 23

1,25(OH)2D↑ P

Regulación y acción de FGF 23

+ ???

NaPi 2a y Napi2c

↑Excreción de P

-

1 α hidroxilasa 24 hidroxilasa

- +

↓1,25 dihidroxivitamian D

Inhibe síntesis PTH

Mantiene niveles normales de P en sangre

↓Absorciónintestinal P

Klotho: Factor indispensable para la señalización del FGF23

Cheng C et al Adv C Kidney Dise, 18: 91-97,2011

KLOTHOKLOTHO

Proteína transmembrana que se expresa principalmente en riñón, glándula

paratiroidea y cerebro

Se une a múltiples receptores de FGF aumentando la afinidad al FGF23◊ Se une a múltiples receptores de FGF aumentando la afinidad al FGF23

◊ Funciona como cofactor obligado de FGF 23 y la expresión de Klotho

en un tejido determina si ese tejido es órgano target de FGF 23

Inhibición de la expresión del gen de PTH por FGF 23 in vivo e in vitro en cultivo de células PT de ratas

Ben-Dov I,JCI 2007;117:4003

MAPK

pathway

El eje hueso-riñón-paratiroides mediado por FGF23 y Klotho

InhibitsInhibits ParathiroidParathiroidfunctionfunctionfunctionfunction

Kuro o M Nephrol Dial Transplant 2009, 24: 1705-08

Si se inhibe FGF23 o Klotho no hay feed back neg y ↑ P y Vit D

Regulación homeostasis del P

Antes

Disregulación del sistema FGF23–Klotho puede inducir disbalance de P

Ahora

John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011

Rol del FGF23 en la patogénesis del HPT 2rio

Patogénesis de las alteraciones del metabolismo mineral en ERCIsakova T & Wolf M Kidney Int 2010, 78: 947 – 949

Visión tradicional de los mecanismos que

mantienen HPT 2° en ERC avanzada

Visión actual de los mecanismos que

inician HPT 2° en ERC

iPTH (pg/mL) 1,25 D (pg/mL) 25D (ng/mL)

†200

250

300

iPTH

leve

l (pg

/mL)

30

35

40

45

50

D3

3

13%

Valores 25(OH) D3 - 1,25(OH)2 D3 y PTH por niveles de FG

Levin A et al. Kidney Int 2007;71:31–8

n=1814†p<0.001

n=61 n=117 n=230 n=396 n=355 n=358 n=204 n=93

0

50

100

150

79–70 69–60 59–50 49–40 39–30 29–20 <20

eGFR Interval (mL/min/1.73 m 2)

iPTH

leve

l (pg

/mL)

0

5

10

15

20

25

30

1.25

(OH

) 225

(OH

)D3

≥80

†

60%

125

150

175

200pg/mL

� �

�5

6mg/dL

Calcio

� � � �� � � � �

�

Cálcio y fósforo PTH

Evolución de P Sérico en ERC Estadios 1-5

Martinez I Am J Kidney Dis. 1997 29: 496-502

0

25

50

75

100

125

20406080100

GFR mL/min/1.73m2

� � ��

� ��

� �

2

3

4

20406080100

� � � � � � ���

�

Fósforo

GFR mL/min/1.73m2

Fósforo sérico generalmente aumenta cuando TFG < 30%.

r -0.51; P< 0.001

80 pacientes con ERC estadios 1 a 5

Excreción fraccional de P en relación al FG P sérico en relación al FG

r - 0.31; P < 0.001

Excreción fraccional de P en diferentes estadios de FR

Gutierrez O et al JASN 16: 2205-15, 2005

HIPERPARATIROIDISMO Y FGF 23

FGF 23 Cuál es su rol en el HPT secundario?

125 pacientes con ERC estadios 1 a 3FG x 56ml/min 80 pacientes con ERC estadios 1 a 5

n = 11 n = 7 n = 19 n = 43

Evenepoel P et al Clin J Am Soc Nephrol 5: 1268–1276, 2010 Gutierrez O et al JASN 16: 2205-15, 2005

A medida que ↓↓↓↓ FG, sus niveles séricos aumentan aún antes del desarrollo de hiperfosfatemia y ↓ de 1,25(OH)2D

FGF 23 Cuál es su rol en el HPT secundario?

Factors associated with calcitriol multivariate reg ression analyses using calcitriol as the dependent variable ↑FGF23 y ↓ 25 (OH) D

predictores independientesde la ↓ de calcitriol

El efecto de la ↓FR e hiperfosfatemia no

FGF23 Mitiga la hiperfosfatemia pero acentúa la deficiencia de calcitriolen ERC

Gutierrez O et al JASN 16: 2205-15, 2005

e hiperfosfatemia no afectaron los nivelesluego de ajustar por FGF23

FGF 23 ↓ 1α (OH)asa ↓↓↓↓ Síntesis de 1.25D3

↑↑↑↑ PTH

Expresión de Klotho y FGFR1 en tejido PT de pacientes urémicos

80 GPT hiperplásicas de pacientes con ERC 5D y 7 GPT de sujetos normales

* p<0.1, ** p<0.05, *** p<0.01, **** p<0.001

Komaba H & Fukagawa M Kidney Int ,77:232-238 2010

Acción de FGF23 , Calcio,P y 1,25 D sobre la síntesis y secreción de PTH en GPT

Silver J &Naveh-ManyT Kidney Int 75, 898–905,2009

Excreción deFósforo

↓ la actividad de 1α (OH)asa renal

ERC

1,25 (OH)2D3 Retención de PFGF23FGF23

HIPERPARATIROIDISMO SECUNDARIO

Klotho/-FGFR1

Receptor Sensor calcioVDRKlotho-FGFR1

PTH síntesis y secreción

Ca ++

KLOTHO

Calcitriol, PTH y FGF-23 en la ERC

Gal-Moscovici A et alKidney International (2010) 78, 146–151

Proteína Klotho: membrana y secretada

Con la regulación de canales iónicos

Funciones

Con la regulación de canales iónicos

Función vascular

Metabolismo P-Ca

Relación Klotho secretado

GEN KLOTHOGEN KLOTHO

El dominio extracelular de la proteína KLOTHO es secretado y funcionaEl dominio extracelular de la proteína KLOTHO es secretado y funcionacomo factor humoral y regula como factor humoral y regula múltiples canales iónicos y receptores de múltiples canales iónicos y receptores de factores de crecimiento factores de crecimiento Proteína Klotho también protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo,Proteína Klotho también protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo,el mecanismo exacto no está determinadoel mecanismo exacto no está determinadoConocer la función de la proteína Klotho proporcionará nuevos conocimientos Conocer la función de la proteína Klotho proporcionará nuevos conocimientos sobre las bases moleculares del envejecimiento, metabolismo P y vitamina Dsobre las bases moleculares del envejecimiento, metabolismo P y vitamina D

Estructura Klotho humano

Klotho proteína extracelular

El dominio extracelular que consiste enKL1 y KL2 es escindido por metaloproteinasas y liberados en la orina, sangre o líquido cefalorraquídeo

Funciones proteína Klotho membrana

John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011

El absoluto requerimiento de Klotho para la para la señalización del FGF23explica porque presentan el mismo fenotipo cuando están deficientes

Funciones proteína Klotho secretado

Klotho secretado actúa como un factor paracrina y hormona

Acción paracrinaKlotho es secretado por los túbulos renales y regula el canal de Ca TRPV5 y el canal de K ROMK desde el lado luminal.Conserva el calcio sérico y reduce calciuriaEjerce efecto fosfatúrico, inactiva NaPi2a en TCP independiente de FGF-23

Como hormona, Klotho se libera a la circulación y regula la señalización intracelular de la insulina y factores de crecimiento como insulin/IGF-1

También protege a las células y los tejidos del estrés oxidativo, el mecanismo exacto no está determinado

John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011

Endotelio

Luz

KLOTHO y función vascular

Confiere actividad antiapoptóticaa las células endoteliales

Regula liberación de ON

Endotelio

Media

Protege contra el Stress Oxidativo

Necesario para adecuadaAngiogenésis y vasculogénesis

KLOTHO

Nagai T et al FASEB J 17:50–52,2003

Ikushima M,et al Biochem Biophys Res Commun 339:827–832, 2005

Shimada Tet al Circulation 110:1148–1155,2004

Probables mecanismos por los cuales KLOTHO protege la vasculatura en ERC

Pit1

PNa

En KLOTHO -/-↑ Pit1 y 2↑ Cbfα1/Runx2

FALCbα1

GenesCel musc Liso

Pi

Pit1

VesículasDe Matrix

Proteínas binding Ca

Colágeno

Klotho bloquea la diferenciación delas cel musc lisas inducida por el P

Hu M et al J Am Soc Nephrol 22: 124–136, 2011.

Posible relación entre el efecto de Posible relación entre el efecto de KlothoKlotho en el metabolismo Pen el metabolismo P--Ca y susCa y susbeneficios en la salud vascular y óseabeneficios en la salud vascular y ósea

Los efectos del Klotho de descender el P protegen contra la calcificación vascular (y envejecimiento celular )

Klotho secretado estimula TRPV5 y la reabsorción de Ca, esto promueve balancepositivo de Ca y previene el efecto de un bajo balance de fosfato en los huesos(ausente en FGF23) permitiendo los efectos beneficiosos del balance bajo de P en los procesos de envejecimiento

Huang C Kidney International 2010, 77: 855–860

Estudios histomorfométricos mostraron que los ratones con deficit de Klotho

J. Clin. Invest. 104:229–237 1999

Presentaron

Osteopenia con bajo recambio óseo

↓ Osteoblastogénesis y osteoclatogénesis

KLOTHO – P Y ENVEJECIMIENTO

Evidencia genética de la toxicidad del P

Defectos en FGF23 y/o Klotho

↑P, Ca y vitamina DAsociado a síndrome de envejecimiento prematuro

Esto implica que

P, Ca y vitamina D pueden ser tóxicos cuando son retenidos y aceleran envejecimiento

Kuro-o M Mech Ageing Dev. 2010 , 131: 270–275

Evidencia genética de la toxicidad del P

Intervenciones para Rescate de los fenotipos de ratones Klotho-/- y FGF 23-/-

Ablación de la actividadde vitaminaD

Rescata hipercalcemia, hiperfosfatemia yEl síndrome de envejecimiento prematuro

Dieta baja en P

de vitaminaD El síndrome de envejecimiento prematuro

Pero sólo la dieta baja en P rescató el fenotipo deficiente de FGF23 a pesar quepersistieron elevados los niveles de Ca y vitamina D

Sugiriendo que el P es primariamente el responsable por el fenotipo de envejecimiento

Kuro-o M Mech Ageing Dev. 2010 , 131: 270–275

Un ↑ en el ingreso de P a la célula

-↑el potencial de membrana mitocondrial

- ↑ estrés oxidativo celular

Ambos están asociados con la envejecimiento celular

P y envejecimiento

Evita retención de P

Inactiva el cotransporte NaPi-3 que interviene en la captación de Pen tejido periférico

Klotho

Huang C KI, 77: 855–860, 2010

Deficiencia de Klotho acelera envejecimiento por la retención de P

Sobre expresión de Klotho suprime envejecimiento por contrarrestar retención de P

Klotho y FGF23 en ERC N

ivel

es s

éric

os

FGF23

P

Agonista PPARδ(TZDs)

Ang II

Klotho

ERC podría ser considerada como un envejecimiento aceleradoque está asociado al déficit de KLOTHO y al aumento del fósforo

Niv

eles

sér

icos

Klotho

1 2 3 4 5

ERC

FGF23↑

Vit D ↓

Vit D

La vit D es un potente activador de la expresióndel gen Klotho, por lo tanto su ↓ favorece los bajos niveles de Klotho

PTHPTH

John, Cheng, and Kuro-o AJKD, 58:127-34,2011

RESUMEN

El sistema FGF23/Klotho es esencial para la homeostasis del P

Su deficiencia causa retención de P y acelera el envejecimiento

Adecuada restricción de P puede retrasar el envejecimiento

El aumento de FGF23 como la disminución de Klotho intervienen enetapas tempranas en la patogénesis del HPT secundario de la ERC

La ERC es probablemente un estado de envejecimiento acelerado asociadoa deficiencia de Klotho y retención de P

MUCHAS GRACIAS