Genotype-fenotype-korrelasjon av PKLR-varianter med pyruvatkinase-, 2,3-difosfglyserat- og adenosintrifosfataktiviteter i røde blodceller hos personer med sigdcellesykdom

Polymerisering av deoksy-sigd-hemoglobin (deoksy-HbS), årsaken til sigdcellesykdom (SCD) påvirkes av noen få faktorer, en nøkkelfaktor er 2,3-difosfoglyserat (2,3-DPG) konsentrasjon i rødt blodceller. 2,3-DPG er en allosterisk effektor på hemoglobin oksygenbinding med en større bindingsaffinitet til deoksygenert hemoglobin enn til oksygenert hemoglobin, og favoriserer dermed polymerisering av deoksy-HbS. I tillegg reduserer økt 2,3-DPG-konsentrasjon intracellulær pH ​​i røde blodceller som ytterligere fremmer HbS-polymerisering.

2,3-DPG er et mellomsubstrat i den glykolytiske veien, den eneste kilden til ATP-produksjon i røde blodlegemer. Pyruvatkinase (PK) er et nøkkelenzym i det siste trinnet av glykolysen; PK konverterer fosfoenolpyruvat (PEP) til pyruvat, og skaper 50 % av det totale røde celle adenosintrifosfatet (ATP) som er avgjørende for å opprettholde integriteten til den røde cellemembranen. Faktisk fører PK-mangel (PKD) forårsaket av mutasjoner i PKLR-genet som koder for røde celle-PK, til kronisk hemolytisk anemi. Redusert PK-aktivitet fører til akkumulering av oppstrøms enzymsubstrater, inkludert 2,3-DPG. Mens økt 2,3-DPG-konsentrasjon og reduksjon av hemoglobin oksygenaffinitet er fordelaktig ved anemi forårsaket av PKD, kan økte 2,3-DPG-nivåer kombinert med redusert intracellulær rødcelle-pH være skadelig i nærvær av HbS, da det favoriserer deoksy- HbS-polymerisering, og derved intravaskulær sigling. Faktisk har kombinasjonen av PK-mangel og sigdcelletrekk som forårsaker et akutt sigdsyndrom tidligere blitt rapportert i to tilfeller.

PKLR-mutasjoner er imidlertid sjeldne, men intraerytrocytiske PK-enzymnivåer danner et spektrum som antyder at PKLR sannsynligvis er et kvantitativt egenskapsgen. Et genetisk mangfold i PKLR med en rekke SNP-er, inkludert flere tap-av-funksjonsvarianter, er beskrevet i malaria-endemiske populasjoner, hvorav noen har vært assosiert med en betydelig reduksjon i angrep med Plasmodium falciparum malaria. Disse observasjonene antyder at malaria i likhet med HbS har ført til positiv seleksjon av PKLR-varianter i de samme geografiske regionene.

Denne studien søker å bestemme det genetiske PKLR-mangfoldet i sigdcelle-kohorten vår, og om PKLR-varianter endrer PK-nivåer og aktivitetene til 2,3-DPG og ATP, nøkkelspillere i sigdpatologien. I så fall kan PKLR være en annen genetisk determinant for alvorlighetsgrad og fenotype av SCD; og økende PK-R-aktivitet, som fører til en reduksjon i intracellulær 2,3-DPG-konsentrasjon, presenterer et attraktivt terapeutisk mål for SCD.

Flere tilnærminger har blitt vurdert for å målrette polymeriseringen av deoksy-HbS, grunnårsaken til SCD. I tillegg til midler som induserer føtalt hemoglobin, andre midler som retter seg mot HbS-polymerisering gjennom økende affinitet av hemoglobin for oksygen (f. GBT440), er i kliniske studier (NCT03036813; NCT02850406). Resultatene av denne studien kan danne grunnlag for en klinisk studie av AG348, en allosterisk aktivator av PK som allerede er i kliniske fase 2/3-studier for PK-mangel (NCT02476916), for behandling av akutte sigdcellesmerter.