A hipoxia-indukált faktor (HIF) jelátviteli útvonal aktivációjának szerepe a billentyű intersticiális sejtek oszteogén differenciálódásában és kalcifikációjában

The role of hypoxia inducible factor (HIF) signaling pathway activation in the osteogenic differentiation and calcification of valvular interstitial cells

Csiki, Dávid Máté

Jeney, Viktória

Molekuláris Sejt- és Immunbiológia Doktori Iskola

Debreceni Egyetem::Általános Orvostudományi Kar

2023-12-04T17:44:29Z

2023-12-04T17:44:29Z

2023

2023-12-19

Krónikus veseelégtelenség

Chronic kidney disease

valvular calcification

hypoxia

szívbillentyű kalcifikáció

hipoxia

Elméleti orvostudományok

Orvostudományok

A végstádiumú krónikus veseelégtelenségben szenvedő betegek leggyakoribb kardiovaszkuláris szövődménye az aortabillentyű kalcifikációja. A krónikus veseelégtelenség során az ásványi- és csontanyagcserezavar miatt kialakult hiperfoszfatémia és hiperkalcémia az aortabillentyűt felépítő VIC-ek oszteogén irányú fenotípus váltását idézi elő, mely a kalcifikáció kialakulásához vezet. A szöveti hipoxia jelenléte ismert aorta kalcifikációban, viszont pontos szerepe még tisztázatlan. Munkánk során a hipoxia általi HIF jelátviteli útvonal aktivációjának szerepét vizsgáltuk a VIC-ek foszfát és kalcium által indukált oszteogén irányú differenciálódásában és kalcifikációjában. Kimutattuk, hogy a hipoxia HIF-1/2α függő módon fokozza a VIC-ek OM-által indukált oszteogén differenciálódását és az ECM kalcifikációját. A HIF jelátviteli útvonal aktivációjának VIC-ek OM-indukált kalcifikációjában betöltött szerepét bizonyítja, hogy a HIF aktiváció chetominnal, és HIF-1/2a géncsendesítési módszerrel történő gátlása normoxiás körülmények között az kalcifikáció teljes, míg hipoxiás körülmények között a kalcifikáció részleges gátlását eredményezte. A hipoxia és a ROS képződés közötti kapcsolat vizsgálata során megállapítottuk, hogy a hipoxia ROS-függő módon fokozza VIC-ek OM- indukált kalcifikációját, mely antioxidánssal hatékonyan gátolható. A CKD-asszociált anémia kezelésére Japánban 2020 óta az új generációs prolil-hidroxiláz inhibitor DPD-t is alkalmazzák. Kutatócsoportunk korábbi munkája során kimutatta, hogy DPD fokozza a foszfáttal indukált VSMC-k kalcifikációját in vitro, és in vivo CKD egérmodellben, ezért megvizsgáltuk a DPD szívbillentyű kalcifikációra gyakorolt hatását is. Megállapítottuk, hogy a DPD a HIF jelátviteli útvonal aktivációján keresztül fokozza a VIC-ek kalcifikációját, mely a HIF-1/2a együttes géncsendesítése révén gátolható. A DPD kalcifikációra gyakorolt hatását in vivo CKD egérmodellben tovább vizsgáltuk, és megállapítottuk, hogy a DPD a CKD-asszociált anémiát hatékonyan korrigálja, viszont fokozza a szívszövet és szívbillentyű kalcifikációját. A DPD pro- kalcifikációs hatásának ismeretében a betegellátásban történő alkalmazása előtt célszerű körültekintően eljárni. Figyelembe kell venni az anémia súlyosságát, a plazma foszfát és kalcium szinteket és a beteg aktuális kardiovaszkuláris állapotát a nem kívánatos kardiovaszkuláris szövődmények elkerülésének érdekében.

Valve calcification (VC) is a severe cardivascular complication in chronic kidney disease (CKD) patients. VC is an active, cell-regulated process with the involvement of osteogenic transition of valve interstitial cells (VICs). The presence of hypoxia inducible factor 1 (HIF-1) is described in human calcified valves, but the role of HIF-1 activation in VC has not been fully elucidated. Therefore, in this work we have investigated whether hypoxia and HIF signaling is actively participated in high phosphate and calcium (OM)-induced osteogenic differentiation of VICs and subsequent valve calcification. We determined that hypoxia increased the expression of OM-induced osteogenic markers (Runx2, Sox9, ALP) and hypoxia-regulated markers (HIF-1α, HIF-2α, Glut-1) and the extracellular matrix calcification of VICs. Our results show that the activation of HIF signaling pathway plays a crucial role in OM-induced calcification of VICs. We showed that the inhibition of HIF signaling pathway by chetomin or HIF-1α and HIF-2α knock-down, lead to complete abolishment of calcification under normoxic conditions, whereas under hypoxic conditions we observed only partial inhibition. Furthermore, we examined the connection between hypoxia and reactive oxygen species (ROS) production, and we showed that hypoxia increased ROS production and accelerated the OM-induced calcification, which was inhibited by the antioxidant N-acetyl-cysteine. The prolyl-hydroxylase enzyme inhibitor Daprodustat (DPD) is a new-generation drug to treat patients with CKD-associated anemia. Previous study of our research group revealed that DPD increased high phosphate-induced calcification of vascular smooth muscle cells (VSMCs) in vitro and in vivo CKD mice model. Therefore, we investigated the pro-calcifying effect of DPD on valve calcification, and we demonstrated that DPD increased the OM-induced calcification of VICs via the activation of HIF signaling pathway, which can be blocked by HIF-1α and HIF-2α knock-down. We examined the pro-calcifying effect of DPD in vivo, in adenine-induced CKD mice model and we found that DPD corrects CKD-associated anemia, but it promotes valve calcification. Before using this drug, the severity of anemia, plasma phosphate and calcium levels, and the cardiovascular status of the patients should be carefully judged to avoid unwanted cardiovascular complications.

hbk

magyar

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

application/pdf

55

application/pdf

application/pdf

application/pdf

https://hdl.handle.net/2437/361830