Genotyp-fenotypová korelace variant PKLR s aktivitami pyruvátkinázy, 2,3-difosfglycerátu a adenosintrifosfátu v červených krvinkách lidí se srpkovitou anémií

Polymerace deoxy-srpkovitého hemoglobinu (deoxy-HbS), hlavní příčina srpkovité anémie (SCD), je ovlivněna několika faktory, klíčovým faktorem je koncentrace 2,3-difosfoglycerátu (2,3-DPG) v červeném krvinky. 2,3-DPG je alosterický efektor na vazbu hemoglobinu na kyslík s větší vazebnou afinitou k deoxygenovanému hemoglobinu než k okysličenému hemoglobinu, čímž podporuje polymeraci deoxy-HbS. Kromě toho zvýšená koncentrace 2,3-DPG snižuje intracelulární pH v červených krvinkách, což dále podporuje polymeraci HbS.

2,3-DPG je přechodný substrát v glykolytické dráze, jediný zdroj produkce ATP v červených krvinkách. Pyruvátkináza (PK) je klíčovým enzymem v posledním kroku glykolýzy; PK přeměňuje fosfoenolpyruvát (PEP) na pyruvát, čímž vzniká 50 % celkového adenosintrifosfátu (ATP) červených krvinek, který je nezbytný pro zachování integrity membrány červených krvinek. Deficit PK (PKD) způsobený mutacemi v genu PKLR, který kóduje PK červených krvinek, vede k chronické hemolytické anémii. Snížená PK aktivita vede k akumulaci upstream enzymových substrátů, včetně 2,3-DPG. Zatímco zvýšená koncentrace 2,3-DPG a snížení afinity hemoglobinu ke kyslíku je prospěšné při anémii způsobené PKD, zvýšené hladiny 2,3-DPG v kombinaci se sníženým intracelulárním pH červených krvinek mohou být škodlivé v přítomnosti HbS, protože podporuje deoxy- polymerace HbS, a tím intravaskulární srpkovitost. Kombinace nedostatku PK a znaku srpkovitosti způsobující akutní syndrom srpkovitosti byla již dříve hlášena ve dvou případech.

Mutace PKLR jsou však vzácné, ale hladiny intraerytrocytárních PK enzymů tvoří spektrum, které naznačuje, že PKLR je pravděpodobně gen kvantitativního znaku. Genetická diverzita v PKLR s řadou SNP, včetně několika variant ztráty funkce, byla popsána v populacích endemických malárie, z nichž některé byly spojeny s významným snížením útoků malárií Plasmodium falciparum. Tato pozorování naznačují, že podobně jako HbS vedla malárie k pozitivní selekci variant PKLR ve stejných geografických oblastech.

Tato studie se snaží určit genetickou diverzitu PKLR v naší kohortě srpkovitých buněk a zda varianty PKLR modifikují hladiny PK a aktivity 2,3-DPG a ATP, klíčových hráčů v patologii srpkovitých buněk. Pokud ano, PKLR by mohla být dalším genetickým determinantem závažnosti a fenotypu SCD; a zvýšení aktivity PK-R, které vede ke snížení intracelulární koncentrace 2,3-DPG, představuje atraktivní terapeutický cíl pro SCD.

Bylo zvažováno několik přístupů pro zacílení polymerace deoxy-HbS, hlavní příčiny SCD. Kromě činidel indukujících fetální hemoglobin mohou být použita i další činidla, která se zaměřují na polymeraci HbS zvýšením afinity hemoglobinu ke kyslíku (např. GBT440), jsou v klinických studiích (NCT03036813; NCT02850406). Výsledky této studie by mohly tvořit základ pro klinickou studii AG348, alosterického aktivátoru PK, který je již v klinické fázi 2/3 studií nedostatku PK (NCT02476916), pro léčbu akutní srpkovité bolesti.