Diabète maternel et/ou hypertension et dommages rénaux induits par le système rénine-angiotensine intrarénal : rôle de Nrf2

L’expression ‘programmation périnatale’ est employée pour décrire les effets à long terme d’un environnement gestationel néfaste observés chez la progéniture. Ce concept est aujourd’hui bien reconnu. Notre laboratoire a déjà démontré l’impact de l’hyperglycémie maternelle sur le développement rénal des embryons à l’aide des souris HoxB7-GFP transgéniques (Tg) et qui se traduit par une augmentation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et une néphrogenèse perturbée. Les rejetons affectés présentent ainsi des reins plus petits et possédant un nombre inférieur de néphrons à la naissance, et développent une hypertension et des dommages rénaux à l’âge adulte (20 semaines). Dans la première étude, nous avons tenté de réduire la production excessive de ROS dans les reins en développement par la surexpression de la catalase (CAT). Pour ce faire, nous avons croisé les souris CAT-Tg qui surexpriment la CAT dans les cellules des tubules proximaux rénaux (RPTCs) aux souris HoxB7-GFP-Tg afin de générer les souris HoxB7/CAT-GFP-Tg. Nous espérons observer la normalisation du nombre de néphrons et la prévention de l’hypertension et des dommages rénaux observés chez la progéniture issue d’un environnement gestational hyperglycémique. Nous avons observé que la surexpression de CAT dans les RPTCs permet de normaliser la dysmorphogenèse rénale présente chez les embryons de mères diabétiques. À l’âge adulte, la surexpression de CAT dans les RPTCs permet également de réduire la génération des ROS et l’hypertension, tout en améliorant la morphologie et la fonction rénale. Afin de définir les mécanismes impliqués dans ce processus, nous avons étudié le rôle potentiel de Nrf2 (‘nuclear factor-erythroid 2p45 (NF-E2) related factor-2’; un facteur de transcription des gènes antioxidants) et HO-1 (hème oxygénase-1’; une enzyme antioxidante). À la fois Nrf2 et HO-1 sont de forts antioxidants et ont été rapportés comme protecteurs pour le rein. Nous avons observé une surexpression des gènes et protéines Nrf2 et HO-1, en plus d’une translocation nucléaire accrue de Nrf2, dans les RPTCs de la progéniture des mères diabétiques, indiquant que chez les souris surexprimant CAT, Nrf2 et HO-1 sont tous deux bien activés et fonctionnels. En conclusion, nos études suggèrent que la surexpression de CAT dans les RPTCs permet de prévenir la programmation de l’hypertension et les dommages rénaux observés à l’âge adulte chez la progéniture issue de mères diabétiques, en partie suite à l’activation du système de défense Nrf2-HO-1 dans leurs reins. Il a déjà été démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) intrarénal induit l’hypertension en augmentant la constriction des artérioles et la réabsorption du sodium par les tubules rénaux. Une activation du récepteur AT1R et de ses voies de signalisation induit également les dommages rénaux observés dans plusieurs pathologies. Dans le cadre de mon second article, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel l’angiotensine (Agt) intrarénale induit l’hypertension et des dommages rénaux en réduisant l’expression de l’aquaporine 1 (AQP1, le canal pour l’eau le plus important dans les RPTCs). Des souris transgéniques surexprimant l’Agt de rat (rAgt-Tg) dans leurs RPTCs et des clones stables de cellules immortalisées de tubule proximal de rein de rat (IRPTCs) surexprimant le rAgt (pRSV/rAgt-IRPTC) ont été étudiés. Lorsque comparés aux souris non-transgéniques, les souris rAgt-Tg développent de l’hypertension et des dommages rénaux. Ces changements sont atténués par le traitement avec une double inhibition du RAS (losartan et perindopril). L’expression des protéines AQP1 et HO-1 est réduite dans les RPTCs, tandis que Nrf2 et le transporteur sodique NHE3 sont augmentés, à la fois in vivo et in vitro. Ces changements sont renversés par la double inhibition du RAS chez les animaux expérimentaux. Même si les niveaux de Nrf2 sont élevés, une accumulation cytosolique causée par une augmentation de l’export nucléaire induit par GSK3β se produit et ne parvient donc pas à induire l’expression des gènes en aval comme HO-1, ni à réduire l’expression de l’AQP1. En conclusion, nos résultats suggèrent qu’une déficience en Nrf2 nucléaire mène à une diminution de l’expression de HO-1 et une régulation négative de l’AQP1, jouant un role dans l’hypertension et les dommages rénaux induits par l’Agt intrarénal. L’hypertension et les dommages rénaux sont des maladies très hétérogènes et multifactorielles qui impliquent l’interaction de diverses molécules et voies de signalisations, et sont influencées par plusieurs facteurs environnementaux tels la diète ou la programmation périnatale. Tous ces différents facteurs contribuent à la progression de l’hypertension et des dommages rénaux, rendant les stratégies de traitement d’autant plus complexes. Dans notre étude, nous avons évalué le développement de l’hypertension dans deux circonstances : l’hypertension de la progéniture programmée par le diabète maternel et l’hypertension induite par l’activation du RAS intrarénal. Nous avons démontré que la génération des ROS dans les reins constitue un facteur majeur commun dans nos deux modèles d’hypertension chez la souris. De plus, le gène/facteur de transcription antioxydant Nrf2, sensible aux ROS, joue un rôle important dans le processus. Grâce à une meilleure compréhension des diverses voies qui mènent à la progression de l’hypertension, nous espérons qu’il sera possible de développer de meilleurs traitements pour faire face à l’hypertension. The term ‘perinatal programming’ is used to describe the phenomenon that maternal adverse environment during pregnancies which have profound influences to their offspring later in life. And this concept is well accepted. Previously, we successfully created an in vivo murine model and demonstrated that maternal diabetes constitutes an adverse in utero environment that may fundamentally impair nephrogenesis and subsequently program of the offspring to develop hypertension and kidney injury in adulthood. It appears that enhanced reactive oxygen species (ROS) generation, activation of the nuclear factor-kappa B (NF-kB), intrarenal renin- angiotensin system (RAS) and p53 pathways were involved in the underlying mechanisms. In our first study, we investigated whether overexpression of catalase (CAT) in renal proximal tubular cells (RPTCs) could prevent the perinatal programming of hypertension and kidney injury in male offspring of diabetic dams and examined the potential underlying mechanisms both in vivo and in vitro. Our data demonstrate that CAT overexpression in RPTCs exert a direct effect on nephrogenesis in utero and ameliorate maternal diabetes- induced dysnephrogenesis. And further consequently, CAT overexpression in RPTCs preventing maternal diabetes-induced perinatal programming, mediated at least in part, via the nuclear factor-erythroid 2p45 (NF-E2) related factor-2 (Nrf2)- heme oxygenase (HO)- 1 defense system. Intrarenal RAS activation has attracted more attention in recent years due to studies have been reported that activation of the intrarenal RAS can elicit hypertension and kidney injury independently from the systemic RAS. Previously, we established a murine model (Agt-Tg) that specifically overexpress rat angiotensinogen (Agt) in their RPTCs and develops hypertension and nephropathy. Aquaporin 1 (AQP1) is the major water channel within renal RPTCs, but whether it has a regulatory role in the development of hypertension and nephropathy remains elusive. Our second study aimed to examine the regulation of AQP1 expression in an intrarenal RAS-induced hypertension and kidney injury, focusing on underlying molecular mechanisms. We believe that both our in vivo and in vitro studies identified a novel mechanism(s) in which Agt overexpression in RPTCs enhances cytosolic accumulation of Nrf2 via the phosphorylation of pGSK3β Y216. Consequently, less intranuclear Nrf2 is available to trigger HO-1 expression as a defense mechanism and subsequently diminishes AQP1 expression in RPTCs. In conclusion, our data suggest that Agt mediated-downregulation of AQP1 and Nrf2 signaling may play an important role in intrarenal RAS-induced hypertension and kidney injury. Hypertension and kidney injury is a heterogeneous and multifactorial disease that involves the interaction of various molecules/pathways and the influence of environmental factors, for instance, diet and perinatal programming. Such diverse causes contribute to the progression of hypertension and kidney disease, making the strategy of treatment even more complex. In our present study, we evaluated the development of hypertension under two circumstances: maternal diabetes-programmed hypertension in offspring and intrarenal RAS activation-induced hypertension. We found that ROS generation in the kidneys is a major and common factor in both hypertensive mice model. Also, the ROS-sensitive antioxidant gene/transcription factor – Nrf2, plays an important role in the process. By understanding the pathways that lead to hypertension progression, we can hopefully develop more effective treatments to cope with the disease.

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