The role of PCSK9 in glomerular lipid accumulation and renal injury in diabetic kidney disease

Abstract

Background: Glomerular lipid accumulation is one of the pathologic characteristics of diabetic kidney disease (DKD). Recent evidences have suggested the specific role of proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) in cellular lipid homeostasis. Herein, I evaluate the role of PCSK9 in lipid accumulation in glomeruli and podocytes under diabetic condition. Methods: C57BL/6 and PCSK9 knockout mice were fed with high fat diet and intraperitoneally injected with low dose streptozotocin for 12 weeks. Lipid accumulation in the kidney tissue was confirmed with BODIPY 493/503 staining. Upregulation or downregulation of PCSK9 expression in mouse podocytes was mediated by lentivirus or small–interfering RNA (siRNA) in the presence of various treatments. Apoptosis, mitochondrial morphology, and the key factors related to energy metabolism were evaluated both in vivo and in vitro. Results: Lipid accumulation was significant in the kidney tissues from DKD with PCSK9 knockout as compared to control and DKD only mice. Mitochondrial morphology and the expression of metabolic enzymes were disturbed in PCSK9 knockout mice. Intracellular lipid accumulation and apoptosis along with mitochondrial swelling and crista disruption increased in the podocytes after treatment. These changes ameliorated after PCSK9 overexpression but aggravated after siRNA–medicated knockdown of PCSK9 expression. Conclusion: These findings suggest that PCSK9 down–regulation in podocytes may be related to lipid accumulation and renal injury through mitochondrial dysfunction and apoptosis in DKD.

배경: 사구체 지질 축적은 당뇨병성 신증의 병리학적인 특징 가운데 하나이다. 최근 연구를 통해 proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9)이 세포 지질 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 알려지고 있다. 목적: 본 연구를 통하여 당뇨병성 신증에서 PCSK9이 사구체 및 족세포 지질 축적 및 손상 과정에 어떠한 역할을 하는지 알아보고자 하였다. 방법: C57BL/6와 PCSK9 발현을 제거한 쥐에게 고지방식이 및 12주간의 저농도 streptozotocin 복강내 투여를 통하여 2형 당뇨를 유발하였다. 신장내 지질 축적은 BODIPY 493/503 염색을 통하여 확인하였다. 쥐 족세포를 이용한 다양한 자극 실험에서 PCSK9 발현의 증가 및 저하에 대한 조절은 lentivirus 또는 small–interfering RNA (siRNA)를 통하여 진행하였다. 세포사멸, 미토콘드리아 형태 변화, 및 에너지 대사와 관련된 주요 인자들의 변화를 체내 및 체외 실험을 통하여 확인하였다. 결과: 대조군이나 당뇨병성신증을 가지고 있는 쥐에 비하여 PCSK9 발현이 제거된 당뇨병성신증 쥐의 신장에서 지질 축적의 증가가 관찰되었다. 또한, PCSK9 발현이 제거된 쥐에서 미토콘드리아 모양과 에너지 대사와 관련된 단백질들의 변형이 관찰되었다. 족세포를 이용한 세포 실험에서 당뇨 자극에 의하여 미토콘드리아의 팽창 및 파괴 소견이 동반된 세포내 지질 축적 및 세포사멸 소견이 관찰되었다. 이러한 변화들은 PCSK9 발현을 증가시키는 경우 호전되었고, siRNA로 발현을 감소시키는 경우 악화되었다. 결론: 이상의 결과를 종합하여 볼 때, 당뇨병성 신증에서 족세포의 PCSK9 발현 감소는 미토콘드리아의 손상 및 세포사멸을 통하여 지질 축적과 신손상을 일으키는 것에 관여하는 것으로 생각된다.