Genotype-fænotype-korrelation af PKLR-varianter med pyruvatkinase-, 2,3-diphosphglycerat- og adenosintriphosphat-aktiviteter i røde blodlegemer hos mennesker med seglcellesygdom

Polymerisering af deoxy-segl-hæmoglobin (deoxy-HbS), grundårsagen til seglcellesygdom (SCD) er påvirket af nogle få faktorer, en nøglefaktor er koncentrationen af ​​2,3-diphosphoglycerat (2,3-DPG) i det røde blodceller. 2,3-DPG er en allosterisk effektor på hæmoglobin oxygenbinding med en større bindingsaffinitet til deoxygeneret hæmoglobin end til oxygeneret hæmoglobin, hvilket fremmer polymerisation af deoxy-HbS. Derudover sænker øget 2,3-DPG-koncentration intracellulær pH ​​i røde blodlegemer, hvilket yderligere fremmer HbS-polymerisering.

2,3-DPG er et mellemliggende substrat i den glykolytiske vej, den eneste kilde til ATP-produktion i røde blodlegemer. Pyruvatkinase (PK) er et nøgleenzym i det sidste trin af glykolysen; PK omdanner phosphoenolpyruvat (PEP) til pyruvat, hvilket skaber 50% af det samlede røde celle adenosintrifosfat (ATP), som er essentielt for at opretholde integriteten af ​​den røde cellemembran. Faktisk fører PK-mangel (PKD) forårsaget af mutationer i PKLR-genet, der koder for PK af røde blodlegemer, til kronisk hæmolytisk anæmi. Reduceret PK-aktivitet fører til akkumulering af opstrøms enzymsubstrater, herunder 2,3-DPG. Mens øget 2,3-DPG-koncentration og reduktion af hæmoglobin-iltaffinitet er gavnlig ved anæmi forårsaget af PKD, kan øgede 2,3-DPG-niveauer kombineret med nedsat intracellulær pH-værdi af røde blodlegemer være skadelig i nærvær af HbS, da det favoriserer deoxy- HbS polymerisation, og derved intravaskulær segldannelse. Faktisk er kombinationen af ​​PK-mangel og seglcelleegenskab, der forårsager et akut seglsyndrom, tidligere blevet rapporteret i to tilfælde.

PKLR-mutationer er imidlertid sjældne, men intraerythrocytiske PK-enzymniveauer danner et spektrum, som tyder på, at PKLR sandsynligvis er et kvantitativt egenskabsgen. En genetisk diversitet i PKLR med en række SNP'er, herunder adskillige funktionstabsvarianter, er blevet beskrevet i malaria-endemiske populationer, hvoraf nogle har været forbundet med en signifikant reduktion i angreb med Plasmodium falciparum malaria. Disse observationer tyder på, at malaria i lighed med HbS har ført til positiv udvælgelse af PKLR-varianter i de samme geografiske regioner.

Denne undersøgelse søger at bestemme den genetiske PKLR-diversitet i vores seglcelle-kohorte, og om PKLR-varianter ændrer PK-niveauer og aktiviteter af 2,3-DPG og ATP, nøglespillere i seglpatologien. Hvis det er tilfældet, kunne PKLR være en anden genetisk determinant for SCD-sværhedsgrad og fænotype; og stigende PK-R-aktivitet, som fører til et fald i intracellulær 2,3-DPG-koncentration, udgør et attraktivt terapeutisk mål for SCD.

Flere tilgange er blevet overvejet til at målrette polymeriseringen af ​​deoxy-HbS, hovedårsagen til SCD. Ud over midler, der inducerer føtalt hæmoglobin, kan andre midler, der målretter HbS-polymerisering gennem øget affinitet af hæmoglobin til oxygen (f. GBT440), er i kliniske forsøg (NCT03036813; NCT02850406). Resultaterne af denne undersøgelse kunne danne grundlag for et klinisk forsøg med AG348, en allosterisk aktivator af PK, der allerede er i kliniske fase 2/3 studier for PK-mangel (NCT02476916), til behandling af akut seglcellesmerter.