고혈당 자극으로 인한 epigenetic 변성과 염증성 자극이 메산지움 세포에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

당뇨병성 신증은 말기신부전증으로 투석을 요하는 신장질환의 50%이상을 차지하고 있으며 그 증가 속도는 점점 빨라지고 있다. 당뇨병성 신증의 임상양상은 다양하며 목표 혈당을 유지하더라도 신증의 진행을 차단하기는 어렵다. 고혈압과 단백뇨가 가장 중요한 위험인자인 것으로 알려져있으나 염증반응과 같이 다른 요인이 관여하므로 환자들의 경과는 다양하게 나타난다. 최근 후생유전적(epigenetic) 변화가 당뇨병의 발생 및 당뇨병성 신증의 발병 및 진행에 관여한다고 알려지고 있다. EDIC이나 UKPDS 연구를 통해서도 당뇨병성 신증의 진행에 후생유전적 변화가 중요하다는 것이 밝혀진 바 있다. 이에 평소 정상혈당을 유지하더라도 당뇨로 인해 간헐적인 고혈당에 노출된 신장조직은 후생유전적 변성이 발생하고, 후생유전적 변성이 있는 신장은 염증반응과 같은 자극에 쉽게 손상될 수 있다는 가정하에 연구를 진행하였다. 이 가설을 증명한다면 당뇨병성 신증의 경과가 다양한 이유를 설명할 수 있을 것이다.
Sprague-Dawley 쥐의 신장에서 세가지 sieving 과정을 통해 사구체를 분리하여 일차배양을 하였다. 일차배양된 세포에 5mM과 30mM D-glucose를 24시간동안 자극을 주었으며 일부는 다시 D-glucose농도를 5mM로 낮추었다. 후생유전적 변화를 관찰하기 위해 histone deacetylase 1(HDAC1)을 real-time PCR(RT-PCR)을 이용하여 mRNA발현을 관찰하였으며 catalyse와 MMP9의 발현을 RT-PCR을 통해 평가하였다. 정상 쥐에서 분리 배양한 메산지움 세포를 이용하여 D-glucose 농도 5.5 mM과 30 mM을 처리한 후 HDAC1 발현을 측정하였다. 고포도당 농도에서 HDAC1 발현은 정상포도당 농도를 자극한 경우보다 20%이상 감소하였으며, 정상 포도당 농도로 다시 24시간 동안 처리한 경우 발현이 다시 증가하였다. Catalyse는 고포도당 자극하에서 발현이 증가하였으며, 정상 포도당으로 낮추면 다시 감소하였다. MMP9은 고포도당 자극하에서는 발현이 감소한 반면 정상 포도당으로 바꾸면 다시 발현 정도가 회복되었다. 이상과 같이 고포도당 자극하에서는 HDAC1 발현은 감소한 반면 염증관련 물질의 발현은 증가하였으며, 다시 정상포도당으로 자극한 경우 HDAC1발현은 다시 증가하였고 염증관련 물질은 감소하였다. 이는 염증관련 반응이 전사이전 단계인 DNA의 후생유전적 변성과 관여된다는 것을 말해준다. 향후 고포도당 자극하에서 변한 후생유전물질을 차단했을 때 염증반응을 조절할 수 있는지 확인이 필요하다.
본 연구는 최근 관심 대상인 후생유전학의 한 부분인 히스톤과 염증반응과의 관련성을 당뇨병성 신증에서 밝히고자 하였다. 현재 신질환에서 메산지움 세포는 중심적인 역할을 함에도 불구하고 아직 후생유전적 변성에 대한 연구가 극히 드물고 특히 당뇨병과 같은 고혈당 자극과 관련된 연구가 아직 보고된 바 없다. 이 연구를 통해 그동안 연구가 미진했던 당뇨 쥐 자체의 신장 세포를 직접 분리배양 할 수 있다는 것을 확인하여 향후 고포도당과 같은 인위적인 당뇨 유발 환경이 아닌 당뇨 쥐 신장 자체에 대한 연구를 할 수 있게 되었다. 이외에 당뇨병성 신증의 병인에 중요한 역할을 하는 메산지움 세포에서 나타나는 염증반응을 후생유전학적 관점에서 관찰하는데 의의가 있다.
당뇨병성 신증에는 다양한 기전이 족세포, 세관세포, 그리고 메산지움세포에 관여하며 각각의 세포에서 염증반응이 중요한 역할을 한다는 것은 밝혀졌다. 그러나 아

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Diabetic nephropathy is the most common cause of renal renal diseases requiring renal replacement therapy. The incidence is increasing in world wide. The clinical manifestation of the diabetic nephropathy is various because several risk factors are involved in the pathogenesis of diabetic nephropathy. An inflammatory reaction has been suggested as the important cause in the diabetic nephropathy. However, several clinical trials with anti-inflammatory agents have failed to prevent the progression of the disease. Recently, epigenetic modulating mechanisms are reported in diabetic nephropathy even though normal glucose level. This means that intermittent hyperglycemia could induce epigenetic changes in the kidney, which could be vulnerable to inflammatory stimuli. Based on this hypothesis, epigenetic changes were evaluated in the high glucose stimulated mesangial cells, and inflammatory responses were determined in the epigenetically changed mesangial cells.
The rat mesangial cells were isolated using sieving method. The primary cultured mesangial cells were stimulated by 5 and 30 mM of D-glucose for 24 hours, and then the condition of some cells changed from 30 to 5 mM of D-glucose. To determine epigenetic changes, a histone deacetylase1(HDAC1) mRNA was tested by real-time PCR(RT-PCR). To evaluate inflammatory reactions, mRNA of catalyse and MMP9 were tested by RT-PCR. High glucose reduced HDAC1 expression in mesangial cells. The HDAC1 expression was restored at the condition of normal glucose after high glucose stimulation. MMP9 expression showed similar pattern to HDAC1. Catalyse expression was decreased at the condition of high glucose, and increased at the normal glucose after high glucose condition. These results show the possibility that inflammatory responses are related to the epigenetic changes in the diabetic melleu.
This study was a trial to elucidate the relation between histone and inflammation in the diabetic kidney. Although the mesangial cells have a central role in the pathogenesis of diabetic nephropathy, the epigenetic changes have not reported in these cells. The other cells including podocyte and tubule cells are also related to inflammation in the diabetic nephropathy. However, the role of epigenetic changes in these renal cells is not clear in renal diseases. The first step for defining this is to test the epigenetic changes in each renal cells at the high glucose condition. Based on this data, the most significant target can be found in the diabetic nephropathy.