1. Klotho viazaný membránou

Tri Klothos tvoria konštitutívny povinný receptorový komplex s receptormi fibroblastového rastového faktora (FGFR), čím poskytujú selektívnu väzbovú afinitu FGFR k endokrinným FGF. Endokrinná rodina FGF sa tiež skladá z troch členov, FGF15 (myší ortológ ľudského FGF19), FGF21 a FGF23. Klasické FGF vyvolávajú svoju biologickú aktivitu autokrinným a/alebo parakrinným spôsobom [ 23 ]. Endokrinným FGF chýba funkcia domény viažucej heparín ako humorálneho faktora.

Klotho tvorí komplexy s rôznymi FGFR (FGFR1c, FGFR3c a FGFR4) a selektívne zvyšuje ich afinitu k FGF23, fosfaturovému hormónu pochádzajúcemu z kostí. FGF23 pôsobiaci na komplex Klotho-FGFRs hrá dôležitú úlohu v homeostáze Ca ²⁺ a fosfátov [ 18 , 24 ]. Klotho konvertuje kanonické FGFR na špecifické receptory pre FGF23 [ 18 , 24 ]. FGF23 nielen inhibuje spätné vychytávanie anorganického fosfátu (Pi ₎ v renálnych proximálnych tubuloch inhibíciou NaPi-IIa, ale tiež znižuje expresiu 1a – hydroxylázy (CYP27B1). 1 α -hydroxyláza je kľúčovým enzýmom pre syntézu biologicky aktívneho 1,25-dihydroxyvitamínu D ₃ (kalcitriolu), ktorý stimuluje absorpciu P _i v čreve. Klotho viazaný na membránu sa podieľa na pôsobení FGF23, čím podporuje vylučovanie Pi, _po ktorom nasleduje nízka hladina Pi v _sére . Okrem toho FGF23 pôsobiaci na komplex Klotho-FGFRs na bazolaterálnej strane stimuluje renálnu reabsorpciu Ca2 ⁺ cez kanál TRPV5, ktorý je exprimovaný v apikálnej membráne distálneho stočeného tubulu. Komplex Klotho-FGFRs aktivuje signálne kaskády zahŕňajúce Erk1/2, SGK-1 a WNK4 pre TRPV5-sprostredkovanú reabsorpciu Ca ²⁺ [ 25 ]. Klotho viazaný na membránu teda funguje ako povinný koreceptor pre FGF23 a reguluje homeostázu Pi _a Ca2 ⁺ .

β Klotho prispieva k regulácii energetického metabolizmu ako obligátny koreceptor pre FGF15 (myší ortológ ľudského FGF19) a FGF21 [ 24 , 26 ]. Expresia FGF15/19 v čreve je regulovaná žlčovou kyselinou [ 27 ]. Táto endokrinná os čreva a pečene sprostredkovaná FGF19 a β Klotho je nevyhnutná na udržanie homeostázy žlčových kyselín, čoho dôkazom je skutočnosť, že myši bez FGF15, β Klotho alebo FGFR4 vykazujú zvýšenú expresiu Cyp7 α 1 a syntézu žlčových kyselín v pečeni [ 27 – 29 ]. Naproti tomu FGF21 sa vylučuje z pečene nalačno a pôsobí na tukové tkanivo na podporu lipolýzy [ 30 ]. β Klotho je teda potrebný na reguláciu energetického metabolizmu v stave nalačno.

γ Klotho tvorí komplexy s FGFR1b, FGFR1c, FGFR2c a FGFR4, ktoré zvyšujú aktivitu FGF19 [ 23 ]. γ Klotho je vysoko a selektívne exprimovaný v hnedom tukovom tkanive a oku a môže fungovať ako ďalší koreceptor pre FGF19 v kultivovaných bunkách [ 23 ]. Biologická funkcia y Klotho však zostáva do značnej miery nepolapiteľná.

2. Intracelulárne Klotho

Hoci je Klotho prítomné na bunkovom povrchu, veľké množstvo Klotho imunoreaktivity je detegovateľné v cytoplazme v obličkách myší a ľudských prištítnych telieskach [ 8 ]. V týchto tkanivách Klotho viaže Na ⁺ -K ⁺ -ATPázu a stimuluje jej povrchovú hojnosť a aktivitu. Klotho fyzicky interaguje s Na ⁺ -K ⁺ -ATPázou v intracelulárnych organelách, nie na plazmatickej membráne. Intracelulárna negativita a nízke [Na ⁺ ] _i vytvorené aktiváciou Na ⁺ -K ⁺ -ATPázy poskytujú hnaciu silu pre transepiteliálny transport Ca2 ⁺ v choroidálnom plexe a obličkách [ 8 ].

Je dobre známe, že starnutie je spojené so zvýšenou expresiou prozápalových cytokínov, ako sú IL-6 a IL-8, ktorá je sprostredkovaná génom-I indukovateľným kyselinou retinovou (RIG-I). Nedávno sa ukázalo, že intracelulárny Klotho, ale nevylučovaný Klotho, viaže RIG-I a blokuje jeho multimerizáciu [ 31 ]. Klotho potláča zápal spojený so starnutím sprostredkovaný RIG-I, čo naznačuje, že Klotho funguje ako intracelulárny protizápalový faktor a faktor proti starnutiu. Hoci väčšina imunoreaktivity Klotho je detegovateľná v cytoplazme vo viacerých tkanivách, fyziologické úlohy intracelulárneho Klotho sú do značnej miery neznáme.

3. Vylučovaný Klotho

Vylučovaná (alebo rozpustná) forma Klotho funguje ako humorálny faktor, ktorý sa zameriava na viaceré tkanivá a orgány nezávisle od FGFR. Hoci Klotho funguje ako koreceptor pre FGF23, vylučovaný Klotho nemusí fungovať ako rozpustný receptor pre FGF23 [ 24 ]. Komplex Klotho-FGFR má vysokú afinitu k FGF23, ale nie secernovaný Klotho alebo FGFR samotný, čo naznačuje, že secernovaný Klotho uplatňuje svoj biologický účinok nezávislý od FGF23 [ 24 ].

Secernovaný Klotho má pleiotropné účinky a pôsobí proti starnutiu a ochrane orgánov. Po prvé, vylučovaný Klotho downreguluje signalizáciu rastových faktorov a cytokínov, ako je inzulín, IGF-1, TGF- β a IFN γ [ 2 , 32 , 33 ]. Nadmerná expresia Klotho predlžuje život zoslabením tvorby reaktívnych foriem kyslíka vyvolaných signalizáciou inzulínu a IGF-1 [ 2 , 34 ]. Signalizácia Wnt, TNF α a IFN γ je rozšírená u myší s deficitom Klotho, čo prispieva k zrýchlenému starnutiu [ 32 , 35 ]. Signalizácia TNF α a IFN γ down-reguluje Klotho, čo je protizápalový proteín. Rozšírená signalizácia Wnt indukuje dysfunkciu a vyčerpanie kmeňových a progenitorových buniek, čo vedie k starnutiu buniek. Klotho sa viaže na rôzne proteíny Wnt a potláča aktivitu endogénneho a exogénneho Wnt [ 35 ]. Nedostatok Klotho vedie k predčasnému starnutiu a kolitíde s nerovnováhou iónov [ 32 , 36 ]. Nedávna štúdia preukázala, že Klotho zlepšuje renálnu fibrózu a rakovinové metastázy inhibíciou TGF- β- indukovaných reakcií epitelového-mezenchymálneho prechodu (EMT) [ 33 ]. Viaceré štúdie jasne ukazujú, že vylučovaný Klotho môže pôsobiť ako faktor proti starnutiu a ochranný faktor orgánov tým, že inhibuje signalizáciu viacerých rastových faktorov.

Po druhé, vylučovaný Klotho udržiava iónovú homeostázu reguláciou iónových kanálov a/alebo transportérov. Secernovaný Klotho modifikuje N -glykán kanálov a transportérov prostredníctvom svojej β -glukuronidázovej a/alebo sialidázovej aktivity [ 13 – 15 , 17 , 37 ]. U myší s deficitom Klotho sa vyvinú závažné defekty v homeostáze iónov, ako sú Pi a Ca2 ⁺ [ 1 , 14 ]. Secernovaný ako aj na membránu viazaný Klotho môže priamo inhibovať renálne (NaPi-IIa) aj črevné (NaPi-IIb) transportéry fosfátov, čo vedie k nízkej plazmatickej koncentrácii fosfátov [ 17 , 37 ]. Secernovaný Klotho znižuje množstvo NaPi-IIa na bunkovom povrchu prostredníctvom jeho β -glukuronidázovej aktivity nezávislej od FGF23 [ 17 ].

Niekoľko štúdií tvrdí, že Klotho vykazuje β -glukuronidázovú aktivitu, pretože glukurónové kyseliny nie sú bežnými časťami N -glykánov povrchových proteínov cicavčích buniek [ 14 ]. Extracelulárna doména Klotho sa vylučuje do extracelulárnej tekutiny, kde secernovaný Klotho štiepi terminálne kyseliny sialové z N -glykánu TRPV5 a ROMK kanálov [ 14 , 15 ]. Odstránenie sialových kyselín odkryje základnú galaktózu, ligand pre galaktózu viažuci lektín galektín-1. Väzba na extracelulárny galektín-1 vytvára mriežku v extracelulárnej matrici, čo vedie k zvýšenému zastúpeniu kanála na povrchu buniek inhibíciou jeho endocytózy [ 14 , 15 ]. Tieto zistenia poskytujú dôkaz, že modifikácia N -glykánu zvyšuje čas zotrvania proteínov bunkového povrchu vrátane rastových faktorov a cytokínových receptorov. Klotho sa podieľa na modifikácii zrelých N -glykánov na bunkovom povrchu. Toto pôsobenie predstavuje nový mechanizmus regulácie proteínov bunkového povrchu. Nový bunkový povrch alebo rozpustné glykoproteíny a glykolipidy modifikované Klotho by sa mali preskúmať v budúcich štúdiách.