מגלין - Megalin

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
מגלין
Megalin
שמות אחרים	Low density lipoprotein-related protein 2 או LRP2
מעבדה	כימיה בדם וכימיה בשתן.
תחום	מולקולה רב תחומית הרלוונטית בעיקר לתפקוד כלייתי.
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

המבנה של megalin ותנועתו בתוך התא

השם megalin מרמז על גליקופרוטאין ענק שמשקלו המולקולרי 600 קילו-דלטון, השייך למשפחתה חלבונים המשמשים קולטן ל-low-density lipoprotein. חברים במשפחה זו הם חלבוני ממברנה type 1 הפועלים בעיקר על פני התא. שם הם קושרים ביעילות ומפנימים אל תוך התא מספר מולקולות פיזיולוגיות רלוונטיות, כגון apolipoprotein E נשא כולסטרול, שהוא ליגנד שכיח המזוהה על ידי כל קולטני LDLR (על פי Willnow וחב' ב-J Biol Chem משנת 1992, ו-Hussain ב-Front Biosci משנת 2001). Megalin מורכב ממקטע חוץ-תאי גדול המורכב מ-4 רצפים עתירים בציסטאין החוזרים על עצמם (repeats) והקושרים ליגנדים מסוג המשלים (complement), האחראיים לקישור ליגנדים הקושרים את ה-chaperone המכונה RAP (או receptor associated protein) העובר folding ברטיקולום האנדופלזמטי (Bu ו-Marzolo ב-Trends Cardiovasc Med משנת 2000). הרצפים החוזרים (repeats) מופרדים זה מזה על ידי מקטעים הידועים כ-p propeller (על פי Saito וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1994), הבנויים על מרצפים חוזרים (repeats) של YWTD‏ (Culi וחב' ב-EMBO J משנת 2004 ו- Lighthouse וחב' ב-Dev Dyn משנת 2010). הגן המקודד מורכב מ-bp‏235,000 וממוקם באדם על הכרומוזום מספר 2 באתר 2q24-q31.

בהמשך למקטע הטרנס-ממברנלי יש ל-megalin אנושי מקטע ציטופלזמטי המורכב מ-209 חומצות אמינו המכיל מספר motifs המווסתים את תנועת הקולטן ואת תפקודו. בין אלה, ישנם שלושה NPXY motifs שנכרכו לתהליך ההכנסה אל תוך התא של LDLR ושל LRP1 (או Low density lipoprotein receptor-related protein 1) בתיווך של clathrin (על פי Bansal ו-Giersch ב-Cell משנת 1991, Matter וחב' באותו כתב עת משנת 1992, Li וחב' ב-J Biol Chem משנת 2001, van Kerkhof וחב' ב-EMBO J משנת 2005, ו-Donoso וחב' ב-Mol Biol Cell משנת 2009). עם זאת, התפקיד של motifs אלה לא התברר במלואו ביחס לתפקיד megalin. למעשה, ישנן אף ראיות הקושרות אנדוציטוזה של megalin למסלולים שאינם מתווכים על ידי clathrin, המעורבים בשינוע של חלבונים כגון GTPase Arf6 (על פי Wolff וחב' ב-Toxicol Apll Pharmacol משנת 2008), ו-Caveolin 1 (על פי Bento Abreu וחב' ב-J Neurochem משנת 2009). שני רצפים ציטופלזמטיים עתירי-פרולין, ו-motif הקושר PDZ, נחשבים כחיוניים באינטראקציה ישירה ובלתי-ישירה של megalin עם השלד הציטוזולי ועם חלבונים מאותתים כגון GIPC/synectin, וכן עם megalin-binding protein, עם ANKRA, עם myosin VI, עם SKIP, עם Dab2 ועם APPL1 (על פי Rader וחב' ב-J Am Soc Nephrol משנת 2000, Patrie וחב' באותו כתב עת משנת 2001, Larsson וחב' ב-Biochem J משנת 2003, Petersen וחב' ב-J Cell Sci משנת 2003, ו-Naccache וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2006). תכונה יוצאת דופן של megalin בהשוואה למשפחת קולטני LRP פרט ל-LRP5 ול-LRP6, היא בכך שהוא מזורחן באופן קונסטיטוטיבי על ידי GSK3 ב-PPPSP motif שהוא motif עתיר פרולין הנמצא בזנב הציטופלמטי של megalin (על פי Yuseff וחב' ב-Traffic משנת 2007). Motif זה חיוני ביותר לזרחון של megalin והוא אף מווסת את המחזור של megalin מהאנדוזום. שני motifs אלה, PPPSP ו-PDZ-binding motif שמורים ביותר בבעלי חיים שונים.

הביטוי של megalin מוגבל בעיקר לתאי אפיתל ובפרט לשטח הפנים הקודקודי (apical)‏ (Cui וחב' ב- Am J Physiol משנת 1996, ו-Morales וחב' ב-Biol Reprod משנת 1996, Nielsen וחב' ב-J Am Soc Nephrol, Zheng וחב' ב- Endocrinology משנת 1998, ו-Hermo וחב' ב-Mol Reprod Dev משנת 1999). במצבים ספציפיים המושרים על ידי ליגנדים שונים, המיקום האפיקלי של megalin יכול להשתנות לפרקי זמן קצרים על ידי transcytosis שהוא מסלול הנעה המסוגל להסית את הקולטן לפני התא הנגדיים. ה-transcytosis של megalin התגלה בתאי אפיתל וברקמות שונים, והוא כרוך בטרנספורט של ליגנדים שונים כגון thyroglobulin‏ (Marino וחב' ב-J Biol Chem משנת 2000), retinol binding protein‏ (Marino וחב' ב-. J Am Soc Nephrol משנת 2001), leptin‏ (Dietrich וחב' ב- Neurobiol Aging משנת 2008), אלבומין (Russo וחב' ב- Kidney Intמשנת 2007) ו- sonic hedgehogאו Shh ‏(Morales וחב' ב- J Histochem Cytochemמשנת 2006) לצד הנגדי של פני הממברנה, ובשחרורם לסביבה החוץ-תאית ללא דגרדציה.

פיזור הרקמתי של megalin ותפקידיו הפיזיולוגיים

Megalin מבוטא במספר רקמות ביחד עם החלבון ההיקפי cublin הזקוק ל-megalin לצורך החדרתו לתאים. בעת ההתפתחות העוברית של יונקים, megalin ו-cubilin מבוטאים כבר בשלב של 8 תאים, בזמן ההפרדה בין המסה הפנימית של תאים וה-trophectoderm (על פי Assemat וחב' ב-Gene Expr Patterns משנת 2005). לאחר ההשרשה, megaln ו-cubilin מבוטאים ב-endoderm הויסצראלי (Kalantri וחב' ב-Nat Genet משנת 2001), ההופך להיות שק החלמון הויסצראלי, אשר יש לו תפקיד מרכזי בהזנת העובר במכרסמים.

Megalin במערכת העצבים המרכזית

Megalin מבוטא מוקדם בהתפתחות של הצינור העצבי (neural tube) (על פי McCarthy וחב' ב-J Biol Chem משנת 2002(. לקולטן יש תפקיד ביצירת מבנים מוחיים (Willnow וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1996, Spoelgen וחב' ב-Development משנת 2005, ו-Wicher וחב' ב-J Comp Neurol משנת 2005). במבוגרים, הביטוי של megalin מוגבל ב-CNS ל-choroid plexus (על פי Chun וחב' ב-Exp Neurol משנת 1999, ו-Carro וחב' ב-J Neurosci משנת 2005), לתאים האפנדימליים בחדרי המוח הלטרליים (Gajera וחב' ב-J Cell Sci משנת 2010) ובעמוד השדרה (Wicher וחב' ב- J Neurosci Res משנת 2006). דווח ש-megalin מבוטא באיברים תחושתיים, כמו האוזן הפנימית (Mizuta וחב' ב-Hear Res משנת 1999, ו-Konig וחב' ב-FASEB J משנת 2008), והעין (Lundgren וחב' ב- J Histochem Cytochem משנת 1997, Fisher ו-Howie ב-Dev Biol משנת 2006). נוכחות של megalin נמצאה גם בתאים לא-אפיתליאליים במו בתת-אוכלוסייה של תאי-אב עצביים בעמוד השדרה של עוברי עכברים (Wicher וחב' ב-J Comp Neurol משנת 2005), באוליגו-דנדרוציטים של עמוד השדרה של עכברים, בתאי גנגליון של רשתית העין (Fitzgerald וחב' ב-Exp Brain Res משנת 2007), ובנוירונים גרנולריים של המוחון (Ambjorn וחב' ב-J Neurochem משנת 2008).

על מנת לפענח את התפקידים הפיזיולוגיים של megalin, עכברי knockout יוצרו (Willnow וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1996, Leheste וחב' ב-FASEB J משנת 2003, Rubera וחב' ב- J Am Soc Nephrol משנת 2004, Spoelgen וחב' ב-Development משנת 2005, ו-Gajera וחב' ב-J Cell Sci משנת 2003). עכברים שחסרו megalin לחלוטין, נמצאו בעלי הישרדות נמוכה, ומתו מיד לאחר לידתם. בעכברים אלה נמצאו עיוותים מוחיים הידועים כ- holoprosencephaly הכוללים איחוי של המוח הקדמי, פגמים במערכת הוונטריקולרית המוחית, וחסר של "פקעת ההרחה" (olfactory bulb). נמצא גם בעכברי knockout ל-megalin התגלה תפקידו בהתפתחות ה-ventral telencephalon, זאת בשל תפקידו החשוב של megalin כקולטן של חלבוני איתות כגון Shh ו- Bone Morphogenetic Protein 4 (או BMP4) על פי McCarthy וחב' ב-J Biol Chem משנת 2002). נמצא ש-megalin מווסת את רמות BMP4 ופעילותו של האחרון בנוירוגנזה של מוחות מבוגרים (Gajera וחב' ב-J Cell Sci משנת 2010). הביטוי של megalin ב-CNS והתפקיד של חלק מהליגנדים שלו בתהליכי הישרדות ורגנרציה, מצביעים על תפקידו של הקולטן megalin כתווך ברגנרציה של ה-CNS.

נמצא ש-megalin הוא הקולטן של metallothionein (על פי Klassen וחב' ב-Am J Physiol Renal Physiol משנת 2004, Wolff וחב' ב-Contrib Nephrol משנת 2006, ו-Fitzgerald וחב' ב- Exp Brain Res משנת 2007), המגן על מערכת העצבים וחיוני לתהליכי רגנרציה (Ambjorn וחב' ב-J Neurochem משנת 2008, Chung וחב' ב-J Biol Chem משנת 2008, ו-Pedersen וחב' ב-Biofactors משנת 2009). Cystatin C (על פי Kaseda וחב' ב-Biochem Biophys Res Commun משנת 2007), clusterin (על פי Bonnard וחב' ב-Immunopharmacology משנת 1997, ו-Min וחב' ב- J Histochem Cytochem משנת 2003) ו-apolipoprotein E (על פי White וחב' ב-Exp Neurol משנת 2001), הם ליגנזים אחרים של megalin עם תפקידים הגנתיים ורגנרטיביים ב-CNS, אך הצורך שלהם ב-megalin כקולטן בתהליך הרגנרציה עדיין לא הודגם. יוחס ל-megalin תפקיד ברגנרציה של מערכת העצבים ההיקפית, כיוון שקולטן זה אחראי לאינטרנליזציה של transthyretin, חלבון נשא של thyroxine ושל ויטמין A בפלזמת הדם ובנוזל השדרה (Monaco ב-Biochim Biophys Acta משנת 2000, Palha ב-Clin Chem Lab Med משנת 2002, ו-Fleming וחב' ב-J Neurosci משנת 2009, וב- Int Rev Neurobiol מאותה שנה).

התפקיד של megalin בכליות ובאיברים אחרים

Megalin נמצא בכליה, בריאות ובתירואיד (MARINÓ וחב' ב-J Biol Chem משנת 1999), באפנדידימיס (Hermo וחב' ב-Mol Reprod Dev משנת 1999), בבלוטות החלב (Rowling וחב' ב-J Nutr משנת 2006) ובשלפוחית השתן (Erranz וחב' ב-J Lipid Res משנת 2004, ו-Tsaroucha וחב' ב-Clin Exp Med משנת 2008). בכליה, megalin בעל תפקיד מרכזי בתהליך התיווך בו יש קליטה מחדש של מולקולות שעברו פילטרציה ברמת האבובית הקריבנית (Leheste וחב' ב-Am J Pathol משנת 1999, וב-FASEB J משנת 2003). עכברים טרנסגניים נטולי megalin לוקים בפרוטאינוריה של מולקולות עם משקל מולקולרי נמוך, ומאיבוד בשתן של חלבונים ליזוזומליים, מה שמדגיש את תפקידו של megalin בקליטה המחודשת של חלבונים ואנזימים אלה, כמו גם בביוגנזה של ליזוזומים של תאי אבובית קריבנית (Nielsen וחב' ב- Proc Natl Acad Sci USA משנת 2007). פונקציה נוספת התגלתה עבור megalin תוך שימוש בעכברים מזן 267, הנושאים מוטציית nonsense במקטע החוץ-תאי של megalin. עכברים אלה מאבדים סלניום בשתן וכמו כן הם בעלי ריכוז נמוך של סלניום במוח. כאשר עכברים אלה מוזנים על ידי דיאטה דלת-סלניום יש להם בעיות קואורדינציה חמורות (Chiu-Ugalde וחב' ב-Biochem J משנת 2010). פנוטיפ זה משקף את התפקיד של megalin כקולטן ל-seleno-protein (Olson וחב' ב-J Biol Chem משנת 2008).

מוטציות בגן של megalin כרוכות בתחלואה באדם

שני תרחישים סמוכים אך מאוד נדירים, כרוכים ישירות עם מוטציות ב-megalin, הם תסמונת Donnai-Barrow ותסמונת FOAR או facio-oculo-acoustico-renal‏ (Kantarci וחב' ב-Nat Genet משנת 2007, וכן ב-Am J Med Genet משנת 2008, ו-Pober וחב' ב- Clin Mol Teratol משנת 2009). שני תרחישים אלה נגרמים על ידי מוטציות ב- lrp2 ומאופיינים על ידי agenesis ב-corpus callosum, עיכוב התפתחותי, פרוטאינוריה, איבוד שמיעה ואי סדירות בראייה. פגמים אלה מדגישים את החשיבות של megalin במהלך התפתחות עוברית של רקמות שונות כמו המוח, העין, האוזן והכליה.

תפקיד megalin במחלת כליות

ליגנדים של megalin כגון אלבומין, אינסולין, לפטין, PTH ו-angiotensin II, משחקים תפקיד בתרחישים פתולוגיים הכוללים סוכרת, יתר לחץ-דם והשמנת-יתר, שרבים מהם משפיעים על תפקוד הכליות (Mezzano וחב' ב-Kidney Int משנת 2003, Tojo וחב' ב- Hypertens Res משנת 2003, Saito וחב' ב- Nephrology משנת 2005, Zhang וחב' ב- Am J Med Sci משנת 2005, Pollock ו-Poronnik ב- Curr Opin Nephrol Hypertens משנת 2007, ו-Vio ו-Jeanneret משנת Kidney Int משנת 2003). בדומה, חלבונים העוברים אינטראקציה עם megalin עלולים להיות כרוכים עם הפתולוגיה של תחלואה. לדוגמה, הפעילות של NHE3 [או exchanger isoform 3‏⁽⁺⁾‏/H‏⁽⁺⁾Na] עובר מודולציה שלילית על ידי הקשר שלו עם megalin, והפעילות של NHE3 עולה במודלים של סוכרת, מה שעשוי להסביר באופן חלקי את האצירה של ⁽⁺⁾Na המופיעה בחולי סוכרת עם מחלת כליות (Hryciw וחב' ב-Clin Exp Pharmacol Physiol משנת 2004). כתוצאה מתרחישים אלה הקשורים למצבי תחלואה, רמת הביטוי של megalin יכולה להשפיע על מספר מאפיינים של סוגי תחלואה אלה, ובמיוחד במצבי אלבומינוריה ופרוטאינוריה של חלבונים קטן-מולקולריים. לעומת זאת, יש מצבים בהם רמת megalin פוחתת, מה שיכול להיות קשור לשפעול של מערכת renin-angiotensin, להגברת האיתות של TGFp, ולהעמסת-יתר של אלבומין באבוביות הכליה. הביטוי של megalin בשטח הפנים של התא, עובר שינויים בשתי מחלות גנטיות הקשורות לכרומוזום X, תסמונת Lowe ומחלת Dent. ב-2 התרחישים הללו, ספיגה של חלבון ושל מלח מושפעת בתאי האבובית הקריבנית של הכליה מה שגורם בדיעבד לכשל כלייתי מתקדם בחולים אלה (Cho וחב' ב-Pediatr Nephrol משנת 2008, ו-Bockenhauser וחב' ב-Clin J Am Soc Nephrol משנת 2008).

תסמונת Lowe, הידועה כ-Oculo-cerebro-renal syndrome, מאופיינת על ידי ירוד (קטרקט) מולד, פיגור שכלי ותסמונת Fanconi, המפגע הכילייתי גורם לפרוטאינוריה של חלבונים קטנים, ולחמצת של האבובית הקריבנית. הגן האחראי למחלה הוא OCRL המקודד לחלבון phosphatidylinositol 4,5-biphosphate (PIP(2)-phosphatase , גן הממוקם על כרומוזום X. מחלת Dent אף היא מחלה נדירה הכרוכה בכרומוזום X, המועברת בהורשה רצסיבית ובה המפגע הוא באבוביות הקריבניות המבוטא אף הוא בפרוטאינוריה של חלבונים קטנים, הפרשה מרובה של סידן בשתן, ונפרוקצינוזיס/נפרוליתיאזיס, אך במחלה זו רק התפקוד הכלייתי פגוע. מחלת Dent-1 נגרמת בעיקר על ידי מוטציות בגן CLCN5 המקודד לתעלת הכלוריד CIC-5 (על פי Marshansky וחב' ב-Curr Opinion Nephrol Hypertens משנת 2002), ואילו Dent-2 נגרם על ידי מוטציות ב-OCRL (על פי Hoopes וחב' ב-Am J Hum Genet משנת 2005, Sekine וחב' ב-Pediatr Nephrol J משנת 2007, ו-Utsch וחב' ב-Am J Kidney Dis משנת 2006). הפרשה מופחתת בשתן של megalin מוצאים לרוב בשתי המחלות האחרונות (Watanabe ב-Pediatr Nephrol משנת 2004, ו-Norden וחב' ב-J Am Soc Nephrol משנת 2002), מה שמרמז לכך שביטוי של megalin על שטח הפנים של תאי האבוביות הקריבניות עלול להיות פגום במחלות אלו. היעדר CIC-5 בחלק מהחולים נכרך להפחתה משמעותית של ביטוי megalin בתאי האבוביות הקריבניות.

חלק מהמאפיינים של שתי מחלות אלו מוצאים גם בעכברי knockout ללא ביטוי megalin כגון פרוטאינוריה של חלבונים קטנים, וכן חסר של retinol-binding protein, חסר של DBP (או D site of albumin promoter binding protein) וחסר ב- hydroxy vitamin D25 בנוסף, במודל של עכברים למחלת Dent, יש שינויים בביטוי של megalin בתאי האבוביות הקריבניות (Guggino ב-Nat Clin Pract Nephrol משנת 2007). עם זאת, לא ברור כרגע כיצד מוטציות בגנים OCRL ו-CIC-5 יכולים להשפיע על ביטוי megalin. הועלתה השערה שחסר פעילות של CIC-5 ניתן לייחס לכישלון של חומציות אנדוזומים ובכך להפריע לתהליך ה-recycling של megalin על פני ממברנת התאים (Hryciw וחב' ב-Int J Biochem Cell Biol משנת 2006).

תפקיד megalin בהומאוסטאזיס של כולסטרול

כקולטן של ליפופרוטאין, יש ל-megalin תפקיד רלוונטי בטרנספורט של כולסטרול, מה שבולט בעיקר בתקופת ההתפתחות העוברית, תוך שיתוף פעולה עם הקוֹ-קולטן cubilin ‏(Assemat וחב' ב-Biol Reprod משנת 2005). בנוסף ל-apoE, משמש megalin כקולטן ל-apoJ/clusterin, הכרוך עם חלקיקי HDL‏ (Kounnas וחב' ב- J Biol Chem משנת 1995, ו-Calero וחב' ב- Biochem J משנת 1999), וכן כקולטן ל- (Lp(a שהוא חלקיק אתרוגני (Niemeier וחב' ב- Arterioscler Thromb Vasc Biol משנת 1999). גם apolipoprotein M, שהוא lipocalin עם תכונות אנטי-אתרוגניות, הנמצא בחלקיקי pre-p-HDL, בכילומיקרונים, ב-VLDL וב-LDL, המופרש בכבד ובכליות, משתמש ב-megalin כקולטן (Dahlback ו-Nielsen ב- Curr Opin Lipidol משנת 2006 וכן ב- Cell Mol Life Sci משנת 2009, ו-Farber וחב' ב- Mol Endocrinol משנת 2006). בנוסף ל-apoM, משמש megalin והקו-קולטן שלו cubilin להחדרת apoA-I ו-apoA-II, שהם מרכיבים מבניים של חלקיקי HDL לתאים (Hammad וחב' ב- J Biol Chem משנת 2000, ו- Dugue-Pujol וחב' ב- J Lipid Resמשנת 2007). במצטבר, נתונים אלה מצביעים על כך ש-megalin תורם לוויסות המטבוליזם של HDL. למעשה, רמות כולסטרול בפלזמה וכן רמות כולסטרול-LDL, כרוכות עם שינויים גנטיים בגן של megalin באוכלוסייה היפנית (Mii וחב' ב- J Atheroscler Thrombמשנת 2007, מה שמרמז לכך שקולטן זה הוא בעל תפקיד סיסטמי בהומאוסטאזיס של כולסטרול.

Megalin ומחלת אבני מרה

הנוכחות של megalin ו-cubilin בתאי אפיתל של כיס המרה, אך לא בתאי כבד, מצביעה אף היא על ההשתתפות של קולטנים אלה בהתנהלות של כולסטרול במערכת המרתית. המרה מורכבת בעיקר ממים, כולסטרול חופשי פוספוליפידים ומלחי מרה המופרשים על ידי הפאטוציטים. בנוסף, המרה מכילה חלבונים רבים המשמשים כליגנדים של megalin ו-cubilin, הכוללים אלבומין ואפוליפופרוטאנים שיכולים לשמש כגורמים המסייעים או מעכבים של יצירת אבני מרה. תאי אפיתל של כיס המרה מבטאים sodium-hydrogen exchanger 3 (או NHE3) בממברנה הקודקודית (אפּיקלית) (Colombani וחב' ב- Clin Sci משנת 1996, Silviani וחב' ב- Pflugers Arch משנת 1996 ו-Narins וחב' ב- J Membr Biol משנת 2004), והם יכולים להיות מווסתים על ידי megalin כמו בתאי אבוביות קריבניות ( Biemesderfer וחב' ב- J Biol Chemמשנת 1999 וב- J Biol Chemמשנת 2001). בדרך זו, megalin יכול לווסת את ה-pH של המרה, שהוא גורם ביצירת אבני מרה. הגן lrp2 נמצא גם בלוקוס Lith1 בעכברים הידוע כ-cholesterol gallstone locus, מה שמרמז על הקשר שלו ליצירת אבני מרה כולסטרולמיים (Bouchard וחב' ב- Mamm Genome משנת 1999).

מחלת אבני מרה היא תרחיש רב-גורמי בכיס המרה, הכוללת מרכיבים גנטיים, מגדריים, גיל ומרכיבים סביבתיים (Lammert ו-Miquel ב-J Hepatol משנת 2008). מחקר של מספר קטן של חולים ביוון מצא שרמת megalin כמו גם cubilin פחתה באלה עם אבני מרה ברמת החלבונים וברמת mRNA של חלבונים אלה (Tsaroucha וחב' ב-Clin Exp Med משנת 2008). לעומת זאת, נמצא שבעכברים הרגישים ליצירת אבני-מרה הוזנו בדיאטה עתירת-כולסטרול ליטוגני, נמצאה ירידה בביטוי megalin-mRNA אפילו לפני שהם פיתחו גבישי כולסטרול או אבני מרה. נתונים אלה מראים שהביטוי של megalin אינו מווסת על ידי כולסטרול, אך הוא נמצא תחת הבקרה של חומצות מרה (Erranz וחב' ב-J Lipid Res משנת 2004). התפקיד הרגולטורי של חומצות מרה, הביא לבחינת התפקיד של הקולטן FXR של חומצות מרה בביטוי של megalin. בהתייחס לתפקידים של megalin ברקמות אחרות ולגורמים נוספים המפקחים על יצירת אבני מרה, נראה ש-megalin יכול להשפיע על הרכב המרה על ידי השתתפותו בטרנספורט של כולסטרול, בוויסות של תכולת חלבוני המרה ו/או בפעילות של חלבונים כמו NHE3. בנוסף, במחלת אבני מרה יש פיברוזיס של כיס המרה, המושרה על ידי TGFp ועל ידי CTGF שהוא הליגנד של megalin (Koninger וחב' ב- Langenbecks Arch Surg משנת 2005). הפחתה של megalin יכול לסייע לתהליך הפיברוזיס בכיס המרה.

רמת הביטוי של megalin ו-cubilin רגישות לרמות של חומצות המרה בדיאטה של עכברים, השפעה המתווכת על ידי הקולטן ההורמונלי הגרעיני ל-FXR (או farnesoid X receptor), אשר מבוטא בתאי אפיתל של כיס המרה. Megalin אך לא cubilin, שודרג בהתבטאותו לאחר האכלת העכברים בדיאטה ליתוגנית. לכן, megalin ו-cubilin יכולים לשחק תפקיד בספיגת ליפידים על ידי הממברנה האפיקלית של תאי האפיתל בכיס המרה.

יתרה מכך, הטיפול של תאי האבובית הקריבנית עם PPARa ו-PPARy משרים הגדלה משמעותית ברמת ה-mRNA של megalin כמו גם ברמת megalin עצמו, השפעה המתבטלת על ידי אנטגוניסטים ספציפיים של הקולטנים הגרעיניים. ולבסוף, PPARs מווסת גם כן את הביטוי של megalin במערכת in vivo בכליות של עכברים וחולדות. בנוסף, הטיפול של עכברים עם rosiglitazone שהוא אגוניסט של PPARy, משרה עלייה משמעותית בביטוי של megalin בכיס המרה, ובאופן מעניין טיפול זה מחליש את ההפחתה ברמת megalin הנובעת מהאכלת חיות בדיאטה ליתוגנית. PPARa ו-PPARy והאגוניסטים שלהם הם גורמים חשובים במספר מערכות במהלך ההתפתחות העוברית וגם במבוגרים, כולל מטבוליזם של ליפידים, התמיינות (דיפרנציאציה) של רקמות העצם ומאגרי השומן, ויש להם גם השפעות מגוננות כנגד פתולוגיות כגון diabetic neuropathy, השמנת יתר ולחץ-דם מוגבר (Kostadinova וחב' ב-Curr Med Chem משנת 2005, Kepez וחב' ב-BioDrugs משנת 2006, Zhang ו-Guan ב-Curr Diab Rep משנת 2005, Semple וחב' ב-J Clin Invest משנת 2006, Drew וחב' ב-Neurochem Int משנת 2006, ו-Chetty ו-Sharma ב-Vascul Pharmacol משנת 2006).

חומצות מרה הן בעלות השפעה מודולטורית על הביטוי של megalin בתאי האבובית הקריבנית in vitro, כמו גם בכיס המרה in vivo. נמצא גם שהקולטן הגרעיני FXR יכול להיות אחראי כמתווך בהשפעה המשפעלת של חומצות מרה על הביטוי של megalin, שכן הרמות בכליה של הקולטן הגרעיני FXR בעכברי knockout היו פחותות באופן ניכר בהשוואה לעכברי ביקורת, וכן שטיפול ב-GW4064, המשמש כמשפעל ספציפי של FXR, הגביר את הביטוי של megalin mRNA בתאי אפיתל של כיס המרה בתרבית כמו גם in vivo בעכברים.

Megalin וויטמין D

יש ראיות לכך של-megalin יש תפקיד בקליטת ויטמין D ובהעברתו לכליות לצורך שפעול הוויטמין ל-OH)2D)‏1,25. עכברי knockout עם פגם חלקי בגן ל-megalin סובלים מרככת (rickets) חמורה בעצמותיהם. ממצאים אלה רמזו לכך שהחלבון הקושר ויטמין D נקשר לקולטן megalin כליגנד, ובכך נמנע איבוד ויטמין זה בשתן. מחקרים זיהו מסלול חלופי הכרוך באנדוציטוזה של הקומפלקס OH)D)‏25 והחלבון הקושר ויטמין D, במשטח הלומינלי של האבובית הקריבנית המפותלת. המודל של 2 הקולטנים מציע שהקומפלקס OH)D-DBP)‏25 נקשר ל-megalin ועובר אנדוציטוזה, או שהוא נקשר קודם ל-cubilin ואחר כך ל-megalin לפני האנדוציטוזה. הקומפלקס שהוחדר לתאים, מתפרק בליזוזום, ו-OH)D)‏25 חופשי נישא למיטוכונדריה לצורך הידרוקסילציה. עכברי knockout ללא megalin, מפתחים פרוטאנוריה ומאבדים בשתן את הקומפלקס vitamin D-DBP, מה שגורם לחסר ויטמין D לרככת.

ליגנדים ו-megalin

למרות שישנן רק מספר קטן של מולקולות הידועות כמווסתות את הביטוי של megalin, חלק ממולקולות אלו הן ליגנדים הנקשרים ל-megalin, שרמתן והזמינות שלהן מווסתות על ידי megalin עצמו. ברמת השעתוק, הביטוי של megalin mRNA מוגבר על ידי טיפול בחומצה רטינואית (ויטמין A), וכן על ידי ויטמין D ברקמות ובבעלי חיים שונים (Liu וחב' ב-Eur J Clin Invest משנת 1998). שני ויטמינים אלה, הנישאים על פני החלבונים הקושרים אותם, retinol-binding protein ו-vitamin D-binding protein, עוברים אנדוציטוזיס דרך megalin אל תוך התאים. בתאי סרטן שד, הביטוי של megalin, של cubilin ושל החלבון המתאם Dab2, מושרים על ידי חומצה רטינואית (Chlon וחב' ב-J Nutr משנת 2008). דרגת ההתמיינות של תאים כגון תאי האבובית הקריבנית, ותאי F9 עובריים של קרצינומה, גם היא מווסתת את הביטוי של megalin. לדוגמה, ההתמיינות של תאי F9 בטיפול עם חומצה רטינואית ו-cAMP, משרה את הביטוי של megalin ושל RAP (או lipoprotein receptor related protein) על פי Czekay וחב' ב-J Cell Sci משנת 1995). דוגמה נוספת לוויסות של megalin על ידי מולקולה הנקשרת אליו היא זו של clusterin (על פי Ammar ו-Closset ב-J Biol Chem משנת 2008). Megalin קושר את רוב הליגנדים שלו בזיקות מתונות (Kd 100–500 nM). קישור הליגנדים תלוי בנוכחות של סידן הנדרש לייצב את המבנה התלת-ממדי של ה-repeats במבנה של megalin. לדוגמה, DBP נקשר ל-megalin עם Kd של 108nM ללא קשר האם OH) vit D3)‏-25 קשור לחלבון נשא או לא.

בניגוד ל-clusterin, האיתות של המולקולה angiotensin II המאותתת דרך הקולטן angiotensin II receptor type 1, אך יכולה גם להיקשר ל-megalin ולעבור אינטרנליזציה דרכו (Gonzales-Villalobos ב-Am J Physiol Renal Physiol משנת 2005), מווסת באופן שלילי את הביטוי של megalin (על פי Hosojima וחב' ב-Endocrinology משנת 2009). נמצא ש-OCRL מסוגל להיקשר ל-APPL1 (שנחשב ל-adaptor protein), המגיב עם המקטע הציטופלזמי של megalin (על פי Erdmann וחב' ב-Dev Cell משנת 2007). הוצעו מספר השפעות הנגרמות על ידי חסר של OCRL, הגורמות לתפקוד לקוי של האנדוזום, וכן משפיעות על ביטויו של megalin על פני תאים בתסמונת Lowe. מודל של תסמונת זו פותח בעכברים (Bothwell וחב' ב-J Am Soc Nephrol משנת 2010), בעזרתו ניתן יהיה לבחון in vitro כיצד משפיע OCRL על megalin.

Megalin במחלת אלצהיימר

במוח, הנוכחות של megalin יוחסה למפגעים ניווניים כמו מחלת אלצהיימר (להלן AD), בעיקר בהקשר של תפקידו ההגנתי של האחרון ב-choroid plexus.‏ Megalin מסייע לפינוי של הפפטיד β-AP הנוצר על ידי עיבוד עמילואידוגני של הקודמן העמילואידי (APP), המסוגל ליצור קומפלקסים עם ליגנדים שונים של megalin כגון clusterin (על פי Zlokovic וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 1996, ו-Hammad וחב' ב-J Biol Chem משנת 1997), ו-apoE (על פי Bell וחב' ב-J Cereb Blood Flow Metab משנת 2007). בנוסף לליגנדים אלה, הודגם תפקיד לחלבון gelsolin הקושר Ap (על פי Ji וחב' ב-J Alzheimers Dis משנת 2010) והנוצר בתאי האפיתל של ה-choroid plexus (על פי Vargas וחב' ב-J Biomed Biotechnol משנת 2010). ל-gelsolin תפקידים הגנתיים במערכת העצבים בכך שהוא מפקח על יצירת NO המושרית על ידי AP, וכן מפקח על אפופטוזיס ועל הרס השלד הציטופלזמטי בתאי אפיתל של חוסם הנוזל הצרברו-ספינלי. התפקידים הנוירו-הגנתיים של gelsolin הודגמו גם in vivo במודל של אלצהיימר בעכברים, ונראה ש-gelsolin זקוק ל-megalin כקולטן (Antequera וחב' ב-Neurobiol Dis משנת 2009). מחקר גנטי גילה פולימורפיזם G/A בפרומוטר של megalin שהפחית את ביטויו של האחרון ב-20%, והקשר של אלה ל-AD תלוי בגנוטיפ של apoE (על פי Vargas וחב' ב-Am J Med Genet משנת 2010).

התפקיד ההגנתי של megalin ב-AD ובמצבים נוירו-ניווניים, מודגם על ידי תפקידו בהחדרת הגורם הנוירוטרופי IGF-1 מהנסיוב למוח בעזרת מנגנון המווסת באופן שלילי על ידי פוספורילציה של המקטע הציטופלזמטי של megalin בתיווך של GSK3 (על פי Bolos וחב' ב-J Biol Chem משנת 2010). נמצא ש-megalin גם כן מווסת את הטרנספורט של leptin ב-choroid plexus על ידי transcytosis (על פי Dietrich וחב' ב-Neurobiol Aging משנת 2008). רמות leptin נגזרות מהירידה בפעילות p-secretase (על פי Marwarhe וחב' ב-J Alzheimers Dis משנת 2010), כאשר p-secretase הוא השלב המגביל ביצירה של Ap מ-APP. הדעיכה בביטוי של megalin עם ההזדקנות כמו גם בחולי AD, מפחיתה את השפעותיו המגוננות על התפקוד המוחי (Odera וחב' ב-Biogerontology משנת 2007).

המנגנונים המווסתים mRNA ורמות megalin מבוטא על שטח פני תאים

במושגי ביטוי mRNA של megalin, התקיימו מספר מחקרים שחקרו את ה-promoter של megalin. גורם השעתוק Sp1 נמצא משחק תפקיד בשעתוק של megalin בתאי parathyroid (על פי Knutson וחב' ב-DNA Cell Biol משנת 1998). בנוסף, הביטוי של megalin נמצא תחת ויסות על ידי מתילציה של CpG island המזוהה בפרומוטר האנושי, הכרוך בחסר של ביטוי megalin במספר שורות תאים, בניגוד ל-parathyroid, בו הפרומוטר שלו לא עבר מתילציה ו-megalin כן מבוטא (Knutson וחב' ב-Biol Chem משנת 2000). מחקרים בוצעו להבנת הוויסות של megalin ברמת השעתוק, תחת גירויים שונים. מתוך הבנת התפקידים ההגנתיים של PPARs (או peroxisome proliferator-activate receptor) ושל האגוניסטים שלהם, לדוגמה במחלת כליה, הוחל לבחון האם megalin יכול להיות יעד של קולטנים גרעיניים אלה. על ידי אנליזה של הפרומוטר של megalin. זוהו שלושה אתרי קונצנזוס עבור PPAR, הקושרים ישירות PPRAa ו-PPRAy, אך לא PPARp/6.

כפי שתואר לגבי חברים אחרים של משפחת ה-LDLR ולגבי APP‏ (Marzolo ו-Bu ב- Semin Cell Dev Biol משנת 2009), megalin הוא גם מצע לאנזימי metalloprotease, המשרים נשירה של המקטע החוץ-תאי של megalin המייצר מקטע קרבוקסי-טרמינלי הנחשף לפרוטאוליזה על ידי המקטע התוך-ממברנלי על ידי הקומפלקס γ-secretase‏ (Zou וחב' ב-J Biol Chem משנת 2004, ו-Biemesderfer ב- Kidney Int משנת 2006). הוצע לאחר העיבוד של megalin על ידי הקומפלקס האמור, שהמקטע השארי התוך-תאי של megalin, יכול לנדוד לגרעין התא ולשחק תפקיד של וויסות השעתוק, ולהפחית את הביטוי של megalin ושל חלבונים המווסתים על ידי megalin בתאי אבובית קריבנית, כגון תאי NHE3 ‏(Li וחב' ב- Am J Physiol Cell Physiol משנת 2008). אלא שהכליה אינה האיבר היחיד בו מתקיים סוג זה של עיבוד של megalin, ולמעשה דווח על צביעה של megalin בגרעין של תאים אוליגו-דנדרוציטים בחומר הלבן בעמוד השדרה של עכברים בשלב העוברי וכבוגרים (Wicher וחב' משנת 2006). בנוסף, ניתן למצוא megalin במספר פרגמנטים בתאי אפיתל של כיס המרה באדם, מה שמרמז על פרוטאוליזה, וצביעה גרעינית של megalin יכולה להתגלות על ידי נוגדן המזהה את המקטע הציטופלזמי של megalin.

Megalin בשתן

נמצא ששתן מכיל באופן נורמלי microvesicles או אקסוזומים וחלקיקים ממברנליים בגודל של 40-100 ננומטר, המופרשים מתאי אפיתל כלייתיים, לאחר איחוי של גופיפים רב-בועתיים עם הממברנה הלומינלית (Pisitkun וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2004, Keller וחב' ב-Immunol Lett משנת 2006, Knepper ו-Pisitkun ב-Kidney Int משנת 2007, ו-Dimov וחב' ב-Sci World J משנת 2009). Megalin ו-cubilin הם בין המרכיבים הנמצאים באקסוזומים המופרשים בשתן. במצבי מחלת כליה כרונית, הפרופיל של חלבוני האקסוזום עובר שינויים (Zhou וחב' ב-Kidney Int משנת 2008, ו-Gonzales וחב' ב-J Am Soc Nephrol משנת 2009). יחד עם זאת, עד כה לא הופיע כל דיווח המצביע על שינויים בנוכחות megalin באקסוזומים במחלות שונות דוגמת תסמונת Lowe, או מחלת Dent, או נפרופתיה סוכרתית. מטופלים עם תסמונת Lowe או עם מחלת Dent מכילים רמות נמוכות יותר של megalin בשתן, אך השיטה בה השתמשו בהגיעם למסקנה האחרונה, לא הייתה מסוגלת להבדיל בין megalin באקסוזומים לבין megalin הנובע מנשירה לשתן של המקטע החוץ תאי שלו כתוצאה מפעילות פרוטאוליטית (Fernandez-Llama וחב' ב-Kidney Int משנת 2010). ייתכן אם כן, שבמצבים פתו-פיזיולוגיים אחדים, רמות megalin המופרש באקסוזומים, יכולות להיות מושפעות ועשויות לשמש כסמנים אבחוניים. כיוון שאקסוזומים מופרשים כמעט מכל התאים, ייתכן גם כן שבאיברים נוספים פרט לכליות, אקסוזומים המכילים megalin יכולים להוות מנגנון לוויסות הזמינות של ליגנדים, או לסייע לטרנספר של ליגנדים מתא אחד למשנהו.

תרשים סכימטי של megalin, cubilin ו- amnionless (או (AMN. שלושת הקולטנים האלה פועלים ביחד בממברנה של תאי האבוביות הקריבניות. Megalin ו-AMN מכיל NPXY motifs הנחוצים לגיוס המנגנונים האנדוציטים בתהליכי אנדוציטוזיס.

AMN הוא בעל משקל מולקולרי של 38–50 kDa והתגלה לראשונה בעכברים משוללי AMN ונכשלו ביצירת שליה. קולטן ה-AMN מכיל זנב ציטופלזמטי עם ה-motif האנדוציטי NPXY, מקטע טרנס-ממברנלי ומקטע חוץ-תאי N-טרמינלי המכיל 70 חומצות אמינו עם אזור עתיר ציסטאין.