Protective mechanism of CO in LPS-induced acute kidney injury

Abstract

급성콩팥손상(acute kidney injury: AKI)은 매년 전 세계적으로 약 200만 명의 사망자를 내고 있으며 그 발병률이 증가하고 있다. 미토콘드리아 손상은 AKI의 특징으로 간주되는 반면, 일산화탄소(CO)는 미토콘드리아의 에너지생성 및 생합성을 조절하여 치명적인 패혈증에서 생쥐를 보호한다. 이에, 본 연구는 미토콘드리아 기능 장애에 초점을 맞추어 CO releasing molecule-2 (CORM-2)의 콩팥보호 기전을 검색하였다. 수컷 C57BL/6J 생쥐에 LPS(15 mg/kg)를 투여하여 AKI를 유도하였고, CORM-2 (30 mg/kg)의 예방 및 치료 효과를 알아보았다. 또한, heme oxygenase-1 (HO-1)은 CO의 생물학적 효과를 매개하기 때문에, 근위세뇨관상피(mProx) 세포에서 hemin (HO-1 유도제), ZnPP (HO-1 억제제) 및 HO-1 siRNA를 사용하여 CORM-2의 콩팥보호 효과에 관여하는 HO-1의 역할을 규명하였다. mRNA 및 단백질 분석을 위해 콩팥조직 또는 세포를 사용하였고, 콩팥기능 지표로서 BUN과 cystatin C를 측정하였다. LPS의 투여는 생쥐에서 콩팥 손상, 산화스트레스, 염증 및 미토콘드리아 조절 장애를 유발하였다. COMR-2의 전처리 또는 후처리는 AKI 생쥐 콩팥의 HO-1과 관련 유전자의 발현을 증가시켰다. Hemin과 CORM-2는 mProx 세포에서 LPS 유도 산화스트레스, 염증 및 미토콘드리아 조절 장애를 약화시켰고, ZnPP를 사용한 HO-1의 약리학적 억제는 hemin과 CORM-2의 효과를 억제하였고 HO-1 siRNA 역시 CORM-2의 효과를 억제하였다. 이러한 결과는 CORM-2가 ‘HO-1에 의한 미토콘드리아 기능향상’을 경유하여 생쥐에서 AKI를 예방 및 치료할 수 있음을 시사하였다.;Acute kidney injury (AKI) is responsible for about 2 million deaths each year worldwide, and its incidence is rising. Mitochondrial injury is regarded as hallmark of AKI, while carbon monoxide (CO) rescues mice from lethal sepsis by supporting mitochondrial biogenesis and energetics. Thus, the present study investigated the kidney protective mechanism of CO releasing molecule-2 (CORM-2) focusing on mitochondrial dysfunction. Male C57BL/6J mice were administrated with LPS (15 mg/kg) to induce AKI, and protective effects of post-treatment as well as pre-treatment of CORM-2 (30 mg/kg) were determined. Also, the role of heme oxygenase-1 (HO-1) in renoprotection of CORM-2 was determined utilizing hemin (HO-1 inducer) and ZnPP (HO-1 inhibitor) in proximal tubular epithelial (mProx) cells, since HO-1 mediates biological effect of CO. Plasma creatinine and cystatin C were measured, and kidney tissue or cells were used for mRNA and protein analysis. Administration of LPS induced kidney injury, oxidative stress, inflammation, and mitochondrial dysregulation in mice. Interestingly, CORM-2 treatment showed protective effect on LPS-induced kidney injury, and mitochondrial dysregulation in mice. Both pre- and post-treatment of COMR-2 increased HO-1 expression and its related genes in AKI mice. CORM-2 or hemin also attenuated LPS-induced oxidative stress, inflammation, and mitochondrial dysregulation in mProx cells, while pharmacological inhibition of HO-1 using ZnPP abrogated CORM-2 or hemin effects. These results demonstrate that CORM-2 may protect AKI in mice through HO-1-mitochondrial fitness.