Role of histone deacetylase in diabetic nephropathy

Abstract

당뇨병성 신증은 말기신부전증을 유발하는 가장 흔한 원인질환이며 신장내 세포외기질(extracelluar matrix: ECM)의 과다한 축적을 특징으로 한다. 세뇨관 간질내 ECM 축적에는 상피세포-중간엽세포 이행(epithelial to mesenchymal transition: EMT)이 관여한다. 히스톤 탈아세틸화 효소(histone deacetylase: HDAC)는 히스톤의 아세틸화 정도를 조절하여 특정 유전자의 발현을 조절함으로 HDAC의 활성 변화가 암을 비롯한 다양한 질환의 발생과 진행에 관여할 것으로 생각되고 있다. 본 연구에서는 i) 실험적 당뇨쥐의 신장과 전환성장인자(transforming growth factor TGF-β1: TGF-β1)로 자극한 신장 세뇨관 상피세포(NRK-52E 세포)의 EMT와 ECM이 미치는 HDAC 억제제들의 효과를 관찰하였고, ii) 신장의 EMT와 ECM 축적에 관여하는 HDAC 아형을 검색하였으며, 나아가 iii) 당뇨병성 신증의 발생과 진행을 매개하는 주된 인자인 활성산소족(reactive oxygen species: ROS)이 HDAC 활성화에도 관여하는지를 검색하였다. Streptozotocin(STZ)으로 당뇨를 유발한 흰쥐의 신장과 TGF-β1으로 자극한 NRK-52E 세포에서 비선택적 HDAC 억제제인 trichostatin A(TSA)가 EMT와 ECM 요소들의 mRNA와 단백질의 발현을 의미있게 억제하였다. 구조적으로 다른 비선택적인 HDAC 억제제인 valproic acid 또한 NRK-52E 세포에서 EMT를 억제하였다. STZ로 당뇨를 유발한 흰쥐와 당뇨 db/db 생쥐의 신장 그리고 TGF-β1으로 자극한 NRK-52E 세포에서 6개의 HDAC 아형(HDAC1~5, 8)의 활성을 측정한 결과 HDAC2의 활성이 공통적으로 의미있게 증가하였다. RNA interference를 이용하여 HDAC2를 선택적으로 억제시켰을 때, NRK-52E 세포에서 TGF-β1에 의한 fibronectin과 α-SMA mRNA의 상향조절과 E-cadherin mRNA의 하향조절이 억제되었다. 흥미롭게도 외부에서 투여한 과산화수소는 NRK-52E 세포의 HDAC2 활성을 증가시켰고, TGF-β1에 의한 HDAC2의 활성증가가 항산화제인 N-acetylcystein에 의하여 억제되었다. 이상의 결과는 HDAC2가 당뇨 신장에서 ECM의 축적과 EMT의 진행에 있어 중요한 역할을 하고 ROS가 TGF-β1에 의한 HDAC2의 활성 증가를 매개함을 시사한다. 따라서 본 연구는 HDAC2가 당뇨병성 신장 손상에 있어서 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 시사하였다.;Excessive accumulation of extracellular matrix (ECM) in the kidneys and epithelial to mesenchymal transition (EMT) of renal tubular epithelial cells contribute to the renal fibrosis that is associated with diabetic nephropathy. Histone deacetylase (HDAC) determines the acetylation status of histones and, thereby, controls the regulation of gene expression. The present study examined i) the effect of HDAC inhibitors on renal fibrosis induced by diabetes or transforming growth factor-β1 (TGF-β1), ii) the relative involvement of each HDAC isoform in renal fibrosis, and iii) the role of reactive oxygen species (ROS) as mediators of HDAC activation associated with renal fibrosis. In streptozotocin (STZ)-induced diabetic rat kidneys and TGF-β1-treated normal rat kidney tubular epithelial (NRK-52E) cells, trichostatin A, a non-selective HDAC inhibitor, decreased mRNA and protein expressions of ECM components and prevented EMT. Valproic acid also showed similar effect in NRK-52E cells. Among the six HDACs tested (HDAC1 through 5 and HDAC8), HDAC2 activity, but not mRNA and protein expression, significantly increased in the kidneys of STZ-induced diabetic rats and diabetic db/db mice and TGF-β1-treated NRK-52E cells. Levels of mRNA expression of fibronectin and α-SMA were decreased while E-cadherin mRNA was increased when HDAC2, but not HDAC1, was knocked down using RNA interference in NRK-52E cells. Interestingly, hydrogen peroxide increased HDAC2 activity and the treatment with an antioxidant, N-acetylcystein, almost completely reduced TGF-β1-induced activation of HDAC2 in NRK-52E cells. The present data demonstrate that HDAC2 plays an important role in the development of ECM accumulation and EMT in diabetic kidneys and that ROS mediate TGF-β1-induced activation of HDAC2. These data suggest HDAC2 as a novel therapeutic target for the attenuation of diabetic renal injury.