Mechanistic Insights into the Protective Role of SQSTM1/p62 in Renal Tubulointerstitial Fibrosis

Abstract

Renal tubulointerstitial fibrosis, characterized by extracellular matrix accumulation, leads to the deterioration of renal function and end-stage renal disease. SQSTM1/p62 is an autophagy adaptor protein that interacts with ubiquitinated cargo and LC3. It also interacts with Keap1, leading to its sequestration and autophagic degradation. Although the NRF2-Keap1 pathway-mediated antioxidant responses and autophagy play important roles in alleviating tubulointerstitial fibrosis, the role of SQSTM1/p62 in renal tubulointerstitial fibrosis remains unclear. To elucidate the protective role of SQSTM/p62, this study used human transcriptomic data as well as in vitro and in vivo models. This study showed that the transcriptional levels of SQSTM1/p62 were higher in patients with a lower GFR or damaged kidneys. It has also been demonstrated that SQSTM1/p62 KO exacerbates fibrogenic responses in both in vitro and in vivo models. Following TGF-β stimulation, SQSTM1/p62 KO HK-2 cells showed higher collagen I production than WT cells. Similarly, SQSTM1/p62 KO mice showed higher expression of fibrotic marker proteins (ACTA2, fibronectin, and vimentin) and collagen deposition than WT mice under unilateral ureteral obstruction (UUO) conditions. SQSTM1/p62 KO decreased Keap1 degradation, as shown by increased Keap1 protein expression in KO HK-2 cells and KO UUO kidneys. In addition, SQSTM1/p62 KO decreased antioxidant responses, as demonstrated by the decreased HO-1 protein expression in KO HK-2 cells and the lower expression of antioxidant genes (Nqo2 and Gsta3/4/5) in KO UUO kidneys. SQSTM1/p62 KO impaired autophagy/mitophagy under UUO conditions, as evidenced by increased LC3B-II and Parkin protein expression, particularly at the autophagosome-lysosome fusion step. Tubulointerstitium-specific spatial transcriptomic analysis showed that SQSTM1/p62 KO mice in UUO conditions showed downregulation of pathways associated with mitochondrial integrity, autophagy/mitophagy, lysosomal function, and autophagosome-lysosome fusion. Furthermore, apoptotic and inflammatory pathways, including NF-κB, were upregulated, whereas antioxidant response pathways were downregulated. In summary, SQSTM1/p62, which increases in renal damage conditions, ameliorates tubulointerstitial fibrosis via autophagy/mitophagy and NRF2-Keap1-mediated antioxidant response. This study identified SQSTM1/p62 as a potential therapeutic target for renal tubulointerstitial fibrosis.

Abstract in Korean 신장 세뇨관-간질 섬유화는 세포외기질(extracellular matrix) 성분의 축적을 통하여 신장 기능 저하를 초래하는 만성 신장질환의 주요 특징이다. SQSTM1/p62는 NRF2-Keap1 경로, 산화 스트레스 반응, 자가포식(autophagy)에 중요한 역할을 한다. 그렇지만, SQSTM1/p62가 세뇨관-간질 섬유화를 어떻게 조절하는지에 대한 기전은 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구는 SQSTM1/p62의 신장 보호 역할을 규명하기 위해 세포모델. 동물모델, 사람 전사체 데이터를 사용하였다. HK-2 세포모델에서 SQSTM1/p62 결손(KO)은 섬유화 반응을 악화시켰다. TGF-β 처리 SQSTM1/p62 KO HK-2 세포는 콜라겐 I 생성과 Keap1 발현이 증가하였으며 HO-1 발현이 감소하였다. 이는 SQSTM1/p62가 NRF2-Keap1 경로를 통하여 콜라겐 축적을 억제한다는 것을 시사한다. 마찬가지로, 일측성 요관 폐쇄(Unilateral ureteral obstruction, UUO)를 유도한 SQSTM1/p62 KO 마우스에서는 ACTA2, fibronectin, vimentin 등의 섬유화 마커 발현과 콜라겐 축적이 증가하였으며, Keap1 발현이 상승하고 Nqo2, GSTA들과 같은 항산화 유전자들의 발현이 감소하였다. 또한 세뇨관-간질 특이적 공간전사체 분석에서 항산화반응 경로가 하향 조절되었다. 이는 SQSTM1/p62가 NRF2-Keap1 경로 매개 항산화 반응을 통하여 섬유화를 억제한다는 것을 시사한다. UUO 마우스에서 SQSTM1/p62 KO은 LC3B-II와 Parkin 단백질 발현을 증가시켰으며, 세뇨관-간질 특이적 공간전사체 분석에서 리소좀(lysosome) 기능, 자가포식체(autophagosome)-리소좀 융합, 자가포식/미토파지(mitophagy), 미토콘드리아 기능 관련 경로가 하향 조절되었다. 이는 리소좀 기능 저하로 자가포식체와 리소좀 간의 융합이 저해되어 손상된 미토콘드리아가 증가하였음을 보여주며, SQSTM1/p62가 자가포식/미토파지를 통하여 섬유화를 억제한다는 것을 시사한다. 결론적으로, SQSTM1/p62는 신장 세뇨관-간질 섬유화를 억제하는 신기능 보호 역할을 수행하며, 이는 NRF2-Keap1 매개 항산화 경로와 자가포식/미토파지를 통하여 이루어진다. SQSTM1/p62는 신장 세뇨관-간질 섬유화의 치료에 있어 잠재적인 표적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.