Role and Molecular Mechanism of C1-Ten in Podocyte Dysfunction

Abstract

당뇨의 주요 합병증 중의 하나인 당뇨병성 신증은 당뇨환자의 20~40%에서 발생하며, 최근 당뇨병 환자의 증가로 인해 우리나라를 포함한 전세계적으로 말기신부전(end-stage renal disease: ESRD)의 가장 주된 원인으로 보고되고 있다. 유일한 임상치료 약물인 RAAS 억제제를 포함하여 현재까지의 당뇨병성 신증 치료 접근방법은 대부분 신장 섬유화를 지연시키는 데에 목적이 있어 완전한 ESRD의 진행을 예방하거나 기능을 회복시키는데 한계가 있다. 당뇨병성 신증에 의해 결과적으로 ESRD에 다다르게 되면 비가역적인 신장손상에 의해 혈액투석이나 복막투석, 신장이식과 같은 신대체요법 이외에는 뚜렷한 치료방법이 없는 상황이다. 따라서 신장 섬유화가 진행되기 이전, 당뇨병성 신증 초기단계에서 이를 인지하고 치료하여 ESRD가 초래하는 것을 예방할 수 있는 연구가 중요하다. 당뇨병성 신증의 특징인 알부민뇨는 사구체의 여과장벽 손실에 기인한다. 족세포(podocyte)는 사구체 여과장벽의 가장 바깥층을 구성하면서 여과장치 유지에 가장 중요한 역할을 담당하며 당뇨병성 신증 초기단계에서부터 손상이 일어나는 것이 확인되었다. 그러므로 당뇨병성 신증에서 족세포의 변화를 관찰/이해하는 것은 초기 당뇨병성 신증의 진단 및 예방, 치료에 매우 중요하다고 할 수 있다. 족세포의 비대는 당뇨병성 신증에서 손상된 족세포의 병리학적 특징중의 하나이다. mTORC1 시그널링은 족세포 크기 조절과 관련된 가장 중요한 신호전달체계로 알려져 왔으나 그 조절 메커니즘에 관한 연구는 부족한 상황이다. 또한, nephrin의 인산화가 신손상 상황에서 감소되는 연구가 보고 되었음에도 불구하고 nephrin 탈 인산화와 족세포 병리 메커니즘과의 상관관계에 관한 연구는 보고된 바가 거의 없다. C1-Ten은 focal adhesion molecule로 알려진 tensin family에 속하며 최근 연구에서 IRS-1의 PTPase(protein tyrosine phosphatase)로 작용한다는 것이 규명되었다. 본 연구에서는 C1-Ten의 발현이 제 2형 당뇨모델인 db/db 생쥐의 신장, 그 중에서도 사구체에서 증가되는 것을 확인하였다. 또한 고포도당 상황을 준 족세포 세포주에서도 C1-Ten의 발현이 증가함을 확인하였다. C1-Ten의 PTPase 활성은 nephrin의 PI3K 관련 타이로신 잔기를 탈 인산화 하고 IRS-1과 PI3K의 결합을 통한 mTORC1 시그널링 활성화를 유도하였다. 또한 C1-Ten의 발현을 억제하였을 경우에는 고포도당에 의해 유도되는 nephrin 탈인산화 및 mTORC1 시그널링 활성화가 회복되는 것을 족세포 세포주에서 규명하였다. C1-Ten이 신장 손상에 미치는 영향을 확인하기 위하여 아데노바이러스를 통해 족세포 세포주에 C1-Ten을 과발현 시킨 결과 C1-Ten이 족세포 비대증을 유도하고 족세포 여과도에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한 DBA/2 생쥐의 신장에 과발현 시킨 C1-Ten에 의해 알부민뇨증과 사구체 비대를 포함한 신장 손상이 촉진되는 것을 관찰하였다. 뿐만 아니라 새롭게 발견한 C1-Ten 억제제인 DHTS(dihydrotanshinone)에 의해 db/db 생쥐의 신장에서 유도된 nephrin 탈인산화 및 S6K1 인산화가 개선되는 것을 확인하였으며 알부민뇨증 및 사구체 비대증 역시 감소되는 것을 실험적으로 증명하였다. 이상의 연구 결과를 통하여 족세포 크기 조절과 관련된 가장 중요한 신호전달체계인 mTORC1 시그널링과 nephrin 탈 인산화 간의 상관관계가 규명되었으며 이때 C1-Ten의 nephrin에 대한 PTPase활성이 중요하게 작용됨을 확인하였다. 또한 C1-Ten의 억제제가 당뇨병성 신증 동물모델인 db/db 생쥐에서 신 보호효과를 보이는 것을 확인함으로써 C1-Ten을 당뇨병성 신증 치료의 새로운 표적을 제시하였다.

Diabetic kidney disease (DKD) occurs in 20-40% of subjects with both type 1 or type 2 diabetes and is the most frequent cause of end-stage renal disease. DKD is characterized by proteinuria, which contributes to the pathogenesis of progressive kidney dysfunction. Podocytes are highly specialized and terminally-differentiated cells, and are important as a final barrier to protein during glomerular filtration. Hypertrophy is a prominent feature of damaged podocytes in DKD. mTORC1 hyperactivation leads to podocyte hypertrophy, but the detailed mechanism of how mTORC1 activation occurs under pathological conditions is not completely known. Moreover, reduced nephrin tyrosine phosphorylation has been observed in podocytes under pathological conditions, but the molecular mechanism linking nephrin phosphorylation and pathology is unclear so far. C1-Ten is a member of the tensin family which have been suggested to be focal adhesion molecules. Recently, it is reported that C1-Ten is an active protein tyrosine phosphatase (PTPase) towards IRS-1 PI3K binding site. In this study, I observed a significant increase in C1-Ten level in diabetic kidneys, especially in the glomerulus. C1-Ten expression was also upregulated in high glucose-mediated damaged podocytes. C1-Ten act as a PTPase at the nephrin-PI3K binding site and renders PI3K for IRS-1, thereby activating mTORC1. Depletion of C1-Ten recovers high glucose-induced nephrin dephosphorylation and mTORC1 activation. Adenovirus-mediated C1-Ten overexpression mediates podocyte hypertrophy and impairs podocyte filtration barrier function by activating mTORC1 in podocyte cell line. Also, C1-Ten induces kidney dysfunction including albuminuria and glomerular hypertrophy in DBA/2 mice. Furthermore, dihydrotanshinone (DHTS), the novel inhibitor of C1-Ten, ameliorates nephrin dephosphorylation and S6K1 phosphorylation in kidneys from db/db mice. DHTS treatment is enough to decrease the albuminuria and glomerular hypertrophy in db/db mice. These findings demonstrate that PTPase activity of C1-Ten towards nephrin-PI3K binding site forms a link between nephrin tyrosine phosphorylation and mTORC1. By activating mTORC1, excessive C1-Ten contributes to development of podocyte dysfunctions such as hypertrophy and proteinuria. Collectively, inhibition of C1-Ten activity may be a new way to treat podocyte dysfunction and potentially DKD.