カルノシンは、ポッドサイトにおける細胞ストレス応答を活性化し、糖化ストレスおよび脂質過酸化ストレスを減少させる

Carnosine Activates Cellular Stress Response in Podocytes and Reduces Glycative and Lipoperoxidative Stress.

• Maria Scuto
• Angela Trovato Salinaro
• Sergio Modafferi
• Alessandra Polimeni
• Tilman Pfeffer
• Tim Weigand
• Vittorio Calabrese
• Claus Peter Schmitt
• Verena Peters

抄録

カルノシンはin vivoモデルにおいて、糖尿病性腎症を含む糖尿病合併症を改善します。腎保護の根底にあるメカニズムをさらに理解するために、糸球体機能に不可欠なマウス不死化ポッドサイトの細胞ストレス応答タンパク質に対するグルコース誘発ストレス下でのカルノシンの効果を調べました。高グルコースストレスはストレス応答を開始させ，細胞内熱ショック蛋白質70（Hsp70），サーチュイン-1（Sirt-1），チオレドキシン（Trx），グルタミン酸-システインリガーゼ（γ-GCS），ヘムオキシゲナーゼ-1（HO-1）を未処理細胞と比較して30～50％増加させた。カルノシン（1mM）もまた、これらの細胞内ストレスマーカーの対応するアップレギュレーションを誘導し、Hsp70（21％）、γ-GCSおよびHO-1（それぞれ13％および20％；すべて<0.001）については、グルコースと比較してさらに顕著であった。カルノシン(1mM)とグルコース(25mM)の共培養は、未処理細胞と比較して、Hsp70(84%)、Sirt-1(52%)、Trx(35%)、γ-GCS(90%)およびHO-1(73%)濃度のさらなるアップレギュレーションを誘導した(すべて<0.001)。4-ヒドロキシ--2-ノネナール（HNE）およびタンパク質のカルボニル化におけるグルコース誘発性増加は、カルノシンによって用量依存的に50％以上減少した（＜0.001）。ポッドサイトは高濃度のカルノシン（10mM）に耐えたが、高濃度のカルノシンはTrxとγ-GCS（対照と比較してそれぞれ10％と19％；<0.001）をわずかに増加させただけで、Hsp70、Sirt-1およびHO-1タンパク質は増加せず（有意ではない）、グルコース誘発の酸化ストレス応答を変更しなかった。ポッドサイトでは、カルノシンは細胞ストレス耐性と回復経路を誘導し、高グルコース誘発性の糖化ストレスと脂質過酸化ストレスの低減に非常に効果的であった。中等度の濃度のカルノシンは、ポッドサイトの分子保護作用を直接的に発揮した。

Carnosine improves diabetic complications, including diabetic nephropathy, in in vivo models. To further understand the underlying mechanism of nephroprotection, we studied the effect of carnosine under glucose-induced stress on cellular stress response proteins in murine immortalized podocytes, essential for glomerular function. High-glucose stress initiated stress response by increasing intracellular heat shock protein 70 (Hsp70), sirtuin-1 (Sirt-1), thioredoxin (Trx), glutamate-cysteine ligase (gamma-glutamyl cysteine synthetase; γ-GCS) and heme oxygenase-1 (HO-1) in podocytes by 30-50% compared to untreated cells. Carnosine (1 mM) also induced a corresponding upregulation of these intracellular stress markers, which was even more prominent compared to glucose for Hsp70 (21%), γ-GCS and HO-1 (13% and 20%, respectively; all < 0.001). Co-incubation of carnosine (1 mM) and glucose (25 mM) induced further upregulation of Hsp70 (84%), Sirt-1 (52%), Trx (35%), γ-GCS (90%) and HO-1 (73%) concentrations compared to untreated cells (all < 0.001). The glucose-induced increase in 4-hydroxy--2-nonenal (HNE) and protein carbonylation was reduced dose-dependently by carnosine by more than 50% ( < 0.001). Although podocytes tolerated high carnosine concentrations (10 mM), high carnosine levels only slightly increased Trx and γ-GCS (10% and 19%, respectively, compared to controls; < 0.001), but not Hsp70, Sirt-1 and HO-1 proteins ( not significant), and did not modify the glucose-induced oxidative stress response. In podocytes, carnosine induced cellular stress tolerance and resilience pathways and was highly effective in reducing high-glucose-induced glycative and lipoperoxidative stress. Carnosine in moderate concentrations exerted a direct podocyte molecular protective action.