Pharmacological blockade of N-methyl-D-aspartate receptor protects against obesity-induced kidney disease. Study of molecular mechanisms and possible therapeutic implications

Abstract

L’obesitat és un problema de salut global que incrementa el risc de patir moltes malalties, incloent la malaltia renal crònica; tot i que els processos moleculars específics que desencadenen la disfunció renal en la nefropatia relacionada amb l'obesitat encara no estan clars. El NMDAR s’expressa al ronyó i juga un paper crucial en el manteniment de les seves funcions L’objectiu d’aquesta tesi doctoral va ser establir el paper del NMDAR a la malaltia renal associada a obesitat. Per analitzar la resposta de les cèl·lules epitelials de túbul proximal (HK-2) a la lipotoxicitat, vam crear un model in vitro, on vam demostrar que el tractament amb àcids grassos lliures (FFAs) induïen una acumulació cel·lular lipídica important i inflamació, juntament amb una disminució de l’expressió de gens antioxidants. A més a més, el tractament amb FFAs incrementava l’expressió de GluN1, subunitat essencial del NMDAR. El co-tractament amb memantina i MK-801, antagonistes del NMDAR, va reduir l'acumulació lipídica i la inflamació cel·lular induïda, així com incrementar l’expressió de gens antioxidants i van promoure el procés d’autofàgia. Els FFAs van provocar un augment de la fosforilació de p38, que es va prevenir amb el tractament amb antagonistes del NMDAR. A més a més, la sobre-expressió del GluN1 va augmentar els marcadors inflamatoris i la resposta oxidativa, mentre que la reducció va exacerbar la inflamació i reduïa les respostes protectores a l'estrès oxidatiu. A més, vam explorar el paper del NMDAR en un model in vivo de malaltia renal associada a obesitat mitjançant la dieta alta en greixos (HFD). La HFD va provocar una hipercolesterolèmia marcada, un augment del pes corporal, una elevació de l'expressió renal de GluN1, un augment de la inflamació i lesions renals. L'administració d'antagonistes del NMDAR va mitigar l'augment dels marcadors d'inflamació i dany tubular induïts per la HFD, també va augmentar de l'expressió de gens antioxidants. Els resultats in vitro e in vivo van demostrar nivells elevats de miR-122, miR-146a i miR-21 després de l’exposició a FFA i HFD, respectivament, mentre que el co-tractament amb antagonistes del NMDAR van aconseguir baixar la seva expressió. Els resultats obtinguts mostren que el NMDAR pot ser una possible diana terapèutica per mitigar la lipotoxicitat i descobreix nous mecanismes, incloent microRNAs, per abordar la malaltia renal associada a obesitat.

La obesidad es un problema de salud global que aumenta el riesgo de muchas condiciones, incluida la enfermedad renal crónica; sin embargo, el mecanismo molecular que desencadena la disfunción renal en la nefropatía relacionada con la obesidad sigue siendo poco claro. El NMDAR se expresa en el riñón y es importante para el mantenimiento de la función renal normal. El objetivo de esta tesis doctoral fue establecer el papel del NMDAR en la enfermedad renal inducida por la obesidad. Para evaluar la respuesta de las células epiteliales tubulares proximales humanas (HK-2) a la lipotoxicidad, creamos un modelo in vitro donde demostramos que el tratamiento con ácidos grasos libres (FFAs) indujo una marcada acumulación lipídica e inflamación celular, junto con una disminución en la expresión de genes antioxidantes. Además, el tratamiento con FFAs condujo a un aumento en la expresión de GluN1, la subunidad esencial del NMDAR. El tratamiento conjunto con memantina y MK-801, antagonistas del NMDAR, redujo la acumulación lipídica y la inflamación celular, además, aumentó la expresión de genes antioxidantes y promovió la autofagia. Los FFAs llevaron a una fosforilación de p38, que fue prevenida por el tratamiento conjunto con antagonistas del NMDAR. Además, la sobreexpresión de GluN1 intensificó la respuesta inflamatoria y oxidativa, mientras que su downregulación redujo las respuestas protectoras al estrés oxidativo. A continuación, evaluamos el papel del NMDAR en un modelo in vivo de enfermedad renal inducida por obesidad mediante la alimentación con una dieta alta en grasas (HFD). La HFD condujo a una marcada hipercolesterolemia, aumento de peso corporal, elevada expresión renal de GluN1, inflamación aumentada y lesión renal. La administración de antagonistas del NMDAR alivió la inflamación y el daño renal inducido por la HFD, así como aumentó la expresión de genes antioxidantes. Tanto los resultados in vitro como in vivo mostraron niveles elevados de miR-122, miR-146a y miR-21 después de la exposición a FFA y HFD, respectivamente, mientras que el tratamiento conjunto con antagonistas del NMDAR logró disminuir su expresión. Los resultados obtenidos señalan al NMDAR como un posible objetivo terapéutico para mitigar la lipotoxicidad y descubrir nuevos mecanismos, incluyendo microRNAs, para abordar la enfermedad renal relacionada con la obesidad.

Obesity is a major health problem that increases the risk for many conditions, including chronic kidney disease; however, the molecular mechanism triggering kidney dysfunction in obesity-related nephropathy remains unclear. NMDAR is expressed in the kidney and is important for the maintenance of the normal kidney function. The aim of this doctoral thesis was to establish the role of NMDAR in the obesity-induced kidney disease. To assess the response of human proximal tubular epithelial cells (HK-2) to lipotoxicity, we created an in vitro model of lipid overload where we demonstrated that treatment with free fatty acids (FFAs) induced a marked cellular lipid accumulation and inflammation, alongside a decreased expression of anti-oxidant genes. Moreover, treatment with FFAs led to an increase of the expression of GluN1, the essential subunit of the NMDAR. Co-treatment with memantine and MK-801, NMDAR antagonists, reduced cellular lipid accumulation and inflammation, as well as increased the expression of anti-oxidant genes and promoted autophagy. FFAs led to a phosphorylation of p38, which was prevented by co-treatment with NMDAR antagonists. Importantly, overexpression of GluN1 heightened the inflammation and oxidative response, while its downregulation intensified inflammation and reduced protective responses to oxidative stress. Next, we assessed the role of NMDAR in an in vivo model of obesity-induced kidney disease driven by high fat diet (HFD) feeding. HFD led to marked hypercholesterolemia, increased body weight, elevated renal GluN1 expression, increased inflammation and renal injury. Administration of NMDAR antagonists alleviated inflammation and kidney damage induced by the HFD, as well as augmented anti-oxidant gene expression. Both in vitro and in vivo results showed elevated levels of miR-122, miR-146a and miR-21 after exposure to FFAs and HFD, respectively, while co-treatment with NMDAR antagonists managed to decrease their expression. Results obtained point to NMDAR as a potential therapeutic target for mitigating lipotoxicity and uncover novel mechanisms, involving microRNAs, for addressing obesity-related kidney disease.