Physiological roles of histone acetyltransferase p300 in the progression of renal fibrosis

Abstract

Renal fibrosis is a common accompanied event in chronic kidney disease (CKD) patients and it has a high prevalence in the world. However, detailed study of kidney fibrosis is still needed to understand the exact pathogenesis and propose the effective treatment approach. In this study, the elevated expression of the histone-acetyltransferase, E1A-associated protein p300 (p300) was observed in patients with CKD such as Focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) and IgA nephropathy (IgAN). In addition, three different mouse models of renal fibrosis were used to verify the expression of p300 in progression of renal fibrosis and an increase of p300 expression was observed in all three renal fibrosis models. Furthermore, p300 protein was specifically upregulated in kidney proximal tubule cells during renal fibrosis progression and the stability of p300 protein is regulated by AKT-mediated phosphorylation of the Serine 1834 site. Moreover, a protein phosphatase, Mg2+/Mn2+ dependent 1K (PPM1K) was identified that specifically de-phosphorylates p300 at Serine 1834 site, which leads to a significant reduction in p300 stability and renal fibrosis. Interestingly, mesenchymal transition and angiogenesis pathway are altered in renal proximal tubule cells-specific p300 knock-out mice during renal fibrosis. In addition, elevation of p300 in renal proximal tubule cells was verified to promote renal fibrosis development by regulating Endothelial-to-Mesenchymal transition (EndoMT) as well as Epithelial-to-Mesenchymal transition (EMT) via upregulating the expression of mesenchymal transition-related secreted proteins Periostin (POSTN), Follistatin-like 1 (FSTL1), and Fascin Actin-Bundling Protein 1 (FSCN1). Finally, using the well-known p300-specific inhibitors A6 and C646, the anti-fibrotic effects of these p300 selective inhibitors were demonstrated in a mouse model of renal fibrosis. Collectively, the results demonstrate the roles of p300 in the development of renal fibrosis and suggest p300 as a promising target for the treatment of advanced CKD. Furthermore, selective inhibitors of p300 are proposed as promising therapeutic agents for renal fibrosis.

만성 신장 질환은 전 세계적으로 높은 유병률을 보이며 일반적으로 조직 내 심한 섬유화가 동반된다. 그러나 현재까지 정확한 발병 기전 규명 및 효과적인 치료법 개발을 위한 연구는 아직 부족하기 때문에 이에 대한 심도 깊은 추가적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 히스톤 아세틸 전이 효소인 E1A-associated protein p300 (p300) 이 국소 분절 사구체 경화증 및 면역 글로불린 A 신장병과 같은 만성 신장 질환 환자에서 증가한다는 것을 확인하였고, 사람 신장 섬유화를 모방한 각기 다른 세 가지의 쥐 섬유화 유도 모델에서도 p300 단백질의 상승을 확인 하였다. 특히, 신장 섬유증 진행 중 신장 근위 세뇨관 세포에서 p300 단백질이 특이적으로 상승함을 확인했으며, 쥐 신장 섬유화 모델에서 근위세뇨관에서 p300을 특이적으로 결손 시켰을 때, 신장 섬유화 발생이 완화 되는 것을 검증 하였다. 추가적으로 p300 단백질의 안정성은 AKT 신호를 통한 p300의 세린 1834번째 아미노산의 인산화에 의해 조절된다는 것을 확인하였으며 p300을 탈 인산화 하는 결합 파트너인 PPM 계열 단백질, Protein Phosphatase, Mg2+/Mn2+ Dependent 1K (PPM1K)를 선별한 후 PPM1K 단백질이 AKT 매개 p300 단백질의 안정화를 억제 함을 확인하였다. 그리고 신장 섬유화 진행 중의 p300 단백질의 하위 전사 조절 유전자 선별 및 p300 단백질에 의해 조절되는 생리학적 분자 조절 경로 확인을 위해 RNA-Sequencing 및 CUT&TAG- Sequencing을 사용하여 신장 섬유화를 유도한 신장 근위 세뇨관 세포 특이적 p300 결손 마우스의 유전자 발현 조절을 확인 하였을 때, 신장 섬유증 진행 과정에서 간질 세포 전환 및 혈관 신생이 조절되는 것을 확인하였다. 그리고 신장 섬유화 발달에 의해 증가한 신장 근위 세뇨관 세포의 p300이 간질 세포 전환 관련 분비 단백질 POSTN, FSTL1 및 FSCN1 발현을 조절하여 혈관 내피세포의 간질 세포 전환 (EndoMT) 및 상피세포의 간질 세포 전환 (EMT)를 증가시켜 신장 섬유증 발생을 촉진한다는 것을 검증했다. 마지막으로, p300 특이적 저해제인 C646과 A6 처리 시 p300 매개 EndoMT 저해와 섬유화 유발이 감소함을 쥐 섬유화 유도 모델을 이용하여 확인하였다. 종합하자면, 본 연구는 신장 섬유증 발생 과정에서 신장 근위 세뇨관 세포의 p300의 역할을 입증하였으며, p300을 신장 섬유증 표지자 또는 치료표적으로 제안 하고자 한다.