Korelacja genotypowo-fenotypowa wariantów PKLR z aktywnością kinazy pirogronianowej, 2,3-difosfoglicerynianu i trifosforanu adenozyny w krwinkach czerwonych osób z niedokrwistością sierpowatokrwinkową

Na polimeryzację dezoksyhemoglobiny sierpowatej (deoksy-HbS), pierwotnej przyczyny niedokrwistości sierpowatokrwinkowej (SCD), wpływa kilka czynników, z których kluczowym jest stężenie 2,3-difosfoglicerynianu (2,3-DPG) w czerwieni krwinki. 2,3-DPG jest allosterycznym efektorem wiązania tlenu przez hemoglobinę z większym powinowactwem wiązania do hemoglobiny odtlenionej niż do hemoglobiny utlenionej, co sprzyja polimeryzacji dezoksy-HbS. Ponadto zwiększone stężenie 2,3-DPG obniża wewnątrzkomórkowe pH w krwinkach czerwonych, co dodatkowo sprzyja polimeryzacji HbS.

2,3-DPG jest pośrednim substratem szlaku glikolitycznego, jedynym źródłem produkcji ATP w krwinkach czerwonych. Kinaza pirogronianowa (PK) jest kluczowym enzymem w końcowym etapie glikolizy; PK przekształca fosfoenolopirogronian (PEP) w pirogronian, tworząc 50% całkowitego adenozynotrifosforanu (ATP) krwinek czerwonych, który jest niezbędny do utrzymania integralności błony krwinek czerwonych. Rzeczywiście, niedobór PK (PKD) spowodowany mutacjami w genie PKLR, który koduje PK krwinek czerwonych, prowadzi do przewlekłej niedokrwistości hemolitycznej. Zmniejszona aktywność PK prowadzi do akumulacji substratów enzymatycznych, w tym 2,3-DPG. Podczas gdy zwiększone stężenie 2,3-DPG i zmniejszenie powinowactwa hemoglobiny do tlenu jest korzystne w niedokrwistości spowodowanej PKD, zwiększone poziomy 2,3-DPG w połączeniu ze zmniejszonym wewnątrzkomórkowym pH krwinek czerwonych mogą być szkodliwe w obecności HbS, ponieważ sprzyja dezoksy- Polimeryzacja HbS, a tym samym sierp wewnątrznaczyniowy. Rzeczywiście, połączenie niedoboru PK i cechy anemii sierpowatej powodującej ostry zespół sierpowaty zostało wcześniej zgłoszone w dwóch przypadkach.

Mutacje PKLR są jednak rzadkie, ale poziomy enzymów PK wewnątrz erytrocytów tworzą spektrum, które sugeruje, że PKLR prawdopodobnie jest genem cechy ilościowej. Różnorodność genetyczna PKLR z szeregiem SNP, w tym kilka wariantów utraty funkcji, została opisana w populacjach endemicznych malarii, z których niektóre były związane ze znacznym zmniejszeniem ataków malarii Plasmodium falciparum. Obserwacje te sugerują, że malaria, podobnie jak HbS, doprowadziła do pozytywnej selekcji wariantów PKLR w tych samych regionach geograficznych.

Badanie to ma na celu określenie różnorodności genetycznej PKLR w naszej kohorcie anemii sierpowatej oraz czy warianty PKLR modyfikują poziomy PK oraz działania 2,3-DPG i ATP, kluczowych graczy w patologii sierpowatej. Jeśli tak, PKLR może być kolejnym genetycznym wyznacznikiem ciężkości i fenotypu SCD; a zwiększenie aktywności PK-R, co prowadzi do zmniejszenia wewnątrzkomórkowego stężenia 2,3-DPG, stanowi atrakcyjny cel terapeutyczny dla SCD.

Rozważono kilka podejść ukierunkowanych na polimeryzację dezoksy-HbS, pierwotnej przyczyny SCD. Oprócz środków indukujących hemoglobinę płodową, inne środki ukierunkowane na polimeryzację HbS poprzez zwiększenie powinowactwa hemoglobiny do tlenu (np. GBT440), są w badaniach klinicznych (NCT03036813; NCT02850406). Wyniki tego badania mogą stanowić podstawę do badania klinicznego AG348, allosterycznego aktywatora PK, który jest już w badaniach klinicznych fazy 2/3 niedoboru PK (NCT02476916), w leczeniu ostrego bólu sierpowatokrwinkowego.