Le rôle de la protéine interagissant avec hedgehog (Hhip) dans la formation rénale modulée par le diabète maternel et dans la néphropathie diabétique

Abstract

Nous avons précédemment rapporté que le diabète maternel altère la néphrogenèse chez la progéniture diabétique de notre modèle murin de diabète maternel. Notre analyse par puce à ADN réalisée sur les reins néonatals de ces descendants de grossesse diabétique a révélé que l'expression de la protéine interagissant avec hedgehog (Hhip) était significativement surexprimée par rapport au groupe contrôle. En tant qu'antagoniste de Sonic hedgehog (Shh) qui joue un rôle essentiel dans la différenciation cellulaire, la croissance et le modelage tissulaire pendant le développement des reins et la fibrose rénale, Hhip se lie à Shh et atténue sa bioactivité. Il a été rapporté que la protéine Hhip est principalement exprimée dans les cellules endothéliales vasculaires et les cellules adjacentes à celles exprimant Shh. Cependant, le rôle fonctionnel de l'expression de Hhip dans les reins en développement et matures est à peine connu. Nous avons tout d'abord établi le profil d'expression de Hhip dans les reins embryonnaires. Dans notre modèle murin de diabète maternel, nous avons observé que l'expression du gène Hhip est différemment surexprimée dans le mésenchyme métanéphrique différencié et l'épithélium du bourgeon urétérique de la progéniture. En utilisant des cellules mésenchymateuses métanéphriques en culture (cellules MK4), nous avons démontré que le D-glucose élevé (25 mM D-glucose) stimulait spécifiquement l'expression de Hhip de façon dépendante du temps, puis ciblait la signalisation TGFβ1. De plus, la surexpression de Hhip augmentait l'expression des gènes pro-apoptotiques [NF-kB (P50/p65) et p53] et inhibait l'expression des gènes prolifératifs (i.e. Shh, Pax2, N-myc et p27Kip1). Finalement, nous avons démontré que le diabète maternel qui altère le développement des reins pourrait jouer un rôle dans les interactions de la voie Hhip et TGFβ1-SMAD (Diabetologia 2014). Après la naissance, dans le rein normal non-diabétique, l'expression de Hhip est quiescente; une expression basale et limitée de Hhip (ARNm et protéine) est détectable dans les cellules endothéliales glomérulaires matures, les podocytes et les cellules épithéliales tubulaires rénales. Alors que les lésions des cellules épithéliales glomérulaires (GECs) et des podocytes sont la caractéristique de la lésion rénale précoce de la néphropathie diabétique (DN), nous avons examiné plus en détail le rôle de l'expression rénale de Hhip dans certains modèles de diabète murin—e.g. souris Akita, souris db/db et souris Hhip hétérozygote (Hhip +/−) rendus diabétiques avec de faibles doses de streptozotocine (LDSTZ). Nos données révèlent que l'hyperglycémie (ou un taux élevé de glucose in vitro) active l'expression du gène Hhip dans les cellules endothéliales glomérulaires et les podocytes. En particulier, l'hétérozygosité de Hhip protège l'intégrité glomérulaire avec moins de pertes de podocytes et améliore les paramètres rénaux [c.-à-d., une diminution du ratio albumine/créatinine urinaire (ACR, une caractéristique de l'apparition de la maladie rénale) et les caractéristiques de la DN (hypertrophie rénale, augmentation du taux de filtration glomérulaire, glomérulosclérose et fibrose)]. Prises dans leur ensemble, nos données suggèrent que l’augmentation de l'expression rénale de Hhip due aux concentrations élevées de glucose peut déclencher directement le processus d'apoptose et de fibrose des cellules endothéliales glomérulaires observé dans le diabète et qu’elle joue un rôle clé dans le développement et la progression de la DN (Sci. Report 2018).

Mots-clés : Expression des gènes de Hhip, diabète maternel, néphrogenèse, néphropathie diabétique, dérivé réactif de l'oxygène

We previously reported that maternal diabetes impairs nephrogenesis in diabetic progeny in our maternal diabetes murine model. Our gene-array performed in neonatal kidneys of those affected offspring revealed that hedgehog interacting protein (Hhip) expression was significantly upregulated, as compared to the control group. As an antagonist of sonic hedgehog (Shh) which plays an essential role in cell differentiation, growth and tissue patterning during kidney development and kidney fibrosis, Hhip binds to Shh and attenuates its bioactivity. It is reported that Hhip is predominantly expressed in vascular endothelial cells and cells adjacent to those expressing Shh. However, the functional role of Hhip expression in the developing and mature kidney is barely known. We first established the expression pattern of Hhip in embryonic kidneys. We observed in our murine model of maternal diabetes that Hhip gene expression is differentially up-regulated in differentiated metanephric mesenchyme and ureteric bud epithelium of the offspring. Using cultured metanephric mesenchymal cells (MK4 cells), we demonstrated that high D-glucose (25 mM D-Glucose) specifically stimulated Hhip expression in a time-/dose-dependent manner, and then targeted TGFβ1 signaling. In addition, overexpression of Hhip increased the expression of pro-apoptotic genes [NF-kB (p50/p65) and p53] and inhibited the expression of proliferative genes (i.e., Shh, Pax2, N-myc, and p27kip1). Finally, we demonstrated that maternal diabetes impairing kidney development might mediate the interactions of Hhip and TGFβ1-Smad pathway (Diabetologia 2014). After birth, in normal non-diabetic state, Hhip expression is quiescent; a limited basal Hhip expression (mRNA and protein) is detectable in mature glomerular endothelial cells, podocytes and renal tubular epithelial cells. While glomerular epithelial cells (GECs) and podocyte injury is the hallmark of early renal injury in diabetic nephropathy (DN), we further examined the role of renal Hhip expression in murine diabetes models--e.g., Akita mice, db/db mice and heterozygous Hhip deficiency (Hhip+/−) mice rendered diabetic with low-dose streptozotocin (LDSTZ). Our data revealed that hyperglycemia (or high glucose in vitro) activates Hhip gene expression in glomerular endothelial cells and podocytes. In particular, Hhip heterozygosity protects glomerular integrity with less podocyte loss and improved renal outcomes [i.e., decreased urinary albumin/Creatinine (Cre) ratio (ACR, a hallmark of onset of kidney disease) and DN-features (renal hypertrophy, increased glomerular filtration rate, glomerulosclerosis and fibrosis)]. Taken together, our data suggest that high glucose-elevated renal Hhip expression may directly trigger the process of apoptosis and fibrosis in glomerular endothelial cells in diabetes and it plays a key role in the development and progression of DN (Sci. Report 2018). Keywords: Hhip gene expression, maternal diabetes, nephrogenesis, diabetic nephropathy, reactive oxygen species