Nephrin, a structural molecule, is also a signaling molecule after phosphorylation. Inhibition of nephrin phosphorylation is correlated with podocyte injury. The PINCH-1-ILK-${\alpha}$-parvin (PIP) complex plays a crucial role in cell adhesion and cytoskeleton formation. We hypothesized that nephrin phosphorylation influenced cytoskeleton and cell adhesion in podocytes by regulating the PIP complex. The nephrin phosphorylation, PIP complex formation, and F-actin in Wistar rats intraperitoneally injected with puromycin aminonucleoside were gradually decreased but increased with time, coinciding with the recovery from glomerular/podocyte injury and proteinuria. In cultured podocytes, PIP complex knockdown resulted in cytoskeleton reorganization and decreased cell adhesion and spreading. Nephrin and its phosphorylation were unaffected after PIP complex knockdown. Furthermore, inhibition of nephrin phosphorylation suppressed PIP complex expression, disorganized podocyte cytoskeleton, and decreased cell adhesion and spreading. These findings indicate that alterations in nephrin phosphorylation disorganize podocyte cytoskeleton and decrease cell adhesion through a PIP complex-dependent mechanism.
Background: Deposition of immune complexes drives podocyte injury acting in the initial phase of lupus nephritis (LN), a process mediated by B cell involvement. Accordingly, targeting B cell subsets represents a potential therapeutic approach for LN. Ginsenoside compound K (CK), a bioavailable component of ginseng, possesses nephritis benefits in lupus-prone mice; however, the underlying mechanisms involving B cell subpopulations remain elusive. Methods: Female MRL/lpr mice were administered CK (40 mg/kg) intragastrically for 10 weeks, followed by measurements of anti-dsDNA antibodies, inflammatory chemokines, and metabolite profiles on renal samples. Podocyte function and ultrastructure were detected. Publicly available single-cell RNA sequencing data and flow cytometry analysis were employed to investigate B cell subpopulations. Metabolomics analysis was adopted. SIRT1 and AMPK expression were analyzed by immunoblotting and immunofluorescence assays. Results: CK reduced proteinuria and protected podocyte ultrastructure in MRL/lpr mice by suppressing circulating anti-dsDNA antibodies and mitigating systemic inflammation. It activated B cell-specific SIRT1 and AMPK with Rhamnose accumulation, hindering the conversion of renal B cells into plasma cells. This cascade facilitated the resolution of local renal inflammation. CK facilitated the clearance of deposited immune complexes, thus reinstating podocyte morphology and mobility by normalizing the expression of nephrin and SYNPO. Conclusions: Our study reveals the synergistic interplay between SIRT1 and AMPK, orchestrating the restoration of renal B cell subsets. This process effectively mitigates immune complex deposition and preserves podocyte function. Accordingly, CK emerges as a promising therapeutic agent, potentially alleviating the hyperactivity of renal B cell subsets during LN.
Steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) has long been a challenge for clinicians due to its poor responsiveness to immunosuppressants, and rapid progression to end-stage renal disease. Identifying a monogenic cause for SRNS may lead to a better understanding of podocyte structure and function in the glomerular filtration barrier. This review focuses on genes associated with slit diaphragm, actin cytoskeleton, transcription factors, nucleus, glomerular basement membrane, mitochondria, and other proteins that affect podocyte biology.
발세포병증은 발세포의 손상을 특징으로 하는 사구체질환이다. 발세포의 손상은 여러 사구체질환에서 관찰될 수 있으나, 미소변화질환과 FSGS에서 주요 병인으로 작용한다. 이 글에서는 FSGS에서 발세포 손상의 형태 변화와 분절경화의 유형을 설명하고자 한다. 발세포가 손상되면 형태 변화로 발돌기의 소실, 발세포 세포질 내 공포, 발세포하 낭 등이 관찰되며, 심하면 발세포의 탈락 및 자멸사가 관찰된다. 그러나 분절경화가 초래되기까지에는 일정 수준 이상의 발세포의 소실이 있어야 하며, 손상된 발세포는 동일한 사구체 소엽 내 주변 발세포로 손상을 전파하여 병변이 커지게 된다. FSGS는 광학현미경 소견을 기초로 NOS형, perihilar형, cellular형, tip형, collapsing형의 다섯 가지 유형으로 나뉜다. 각 아형에 따라 임상 경과나 스테로이드 치료에 대한 반응이 다르고 흔히 동반되는 임상 조건들도 다르다고 보고되었으나 이에 대하여는 아직도 논란이 있는 실정이다. 앞으로 FSGS 발생에 관여하는 유전 정보와 혈액 내 투과인자의 성분 등 관련된 인자들에 대한 체계적인 연구가 이루어지면 FSGS에서 관찰되는 조직 변화나 병태생리를 더 잘 설명할 수 있을 것으로 기대해 본다.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Chronic renal failure (CRF) is a complex pathological condition that lacks a cure. Certain Chinese medicines, such as melittin, a major component in bee venom, have shown efficacy in treating CRF patients. On the other hand, the mechanisms underlying the therapeutic effects of melittin are unclear. MATERIALS/METHODS: A 5/6 nephrectomy model (5/6 Nx) of renal failure was established on rats for in vivo assays, and mouse podocyte clone 5 (MPC5) mouse podocyte cells were treated with angiotensin II (AngII) to establish an in vitro podocyte damage model. The 24-h urine protein, serum creatinine, and blood urea nitrogen levels were evaluated after one, 2, and 4 weeks. Hematoxylin and eosin staining, Masson staining, and periodic acid-Schiff staining were used to examine the pathological changes in kidney tissues. A cell counting kit 8 assay was used to assess the cell viability. Reverse transcription polymerase chain reaction and Western blot were used to assess the mRNA and protein levels in the cells, respectively. RESULTS: In the rat 5/6 Nx, melittin reduced the 24-h urinary protein excretion and the serum creatinine and blood urea nitrogen levels. Furthermore, the renal pathology was improved in the melittin-treated 5/6 Nx rats. Melittin promoted podocin, nephrin, Beclin 1, and the LC3II/LC3I ratio and inhibited phosphorylated mammalian target of rapamycin (mTOR)/mTOR in 5/6 Nx-induced rats and AngII-induced MPC5 mouse podocyte cells. Moreover, inhibiting autophagy with 3-MA weakened the effects of melittin on podocin, nephrin, and the LC3II/LC3I ratio in podocytes. CONCLUSION: Melittin may offer protection against kidney injury, probably by regulating podocyte autophagy. These results provide the theoretical basis for applying melittin in CRF therapy.
Nephrotic syndrome (NS) is the most common glomerular disorder in childhood, and a vast majority of cases are idiopathic. The precise cause of this common childhood disease is not fully elucidated despite significant advancements in our understanding of podocyte biology. Idiopathic NS has been considered "a disorder of T-cell function" mediated by a circulating factor that alters podocyte function resulting in massive proteinuria since the last four decades. Several circulatory factors released from T-cells are considered to be involved in pathophysiology of NS; however, a single presumptive factor has not been defined yet. Extended evidence obtained by advances in the pathobiology of podocytes has implicated podocytes as critical regulator of glomerular protein filtration and podocytopathy. The candidate molecules as pathological mediators of steroid-dependent NS are CD80 (also known as B7-1), hemopexin, and angiopoietin-like 4. The "two-hit" hypothesis proposes that the expression of CD80 on podocytes and ineffective inhibition of podocyte CD80 due to regulatory T-cell dysfunction or impaired autoregulation by podocytes results in NS. Recent studies suggest that not only T cells but also other immune cells and podocytes are involved in the pathogenesis of MCNS.
Background: Nephrotic syndrome (NS) is a common renal disorder in children attributed to podocyte injury. However, children with the same diagnosis have markedly variable treatment responses, clinical courses, and outcomes, suggesting molecular heterogeneity. Purpose: This study aimed to explore the molecular responses of podocytes to nephrotic plasma to identify specific genes and signaling pathways differentiating various clinical NS groups as well as biological processes that drive injury in normal podocytes. Methods: Transcriptome profiles from immortalized human podocyte cell line exposed to the plasma of 8 subjects (steroid-sensitive nephrotic syndrome [SSNS], n=4; steroid-resistant nephrotic syndrome [SRNS], n=2; and healthy adult individuals [control], n=2) were generated using microarray analysis. Results: Unsupervised hierarchical clustering of global gene expression data was broadly correlated with the clinical classification of NS. Differential gene expression (DGE) analysis of diseased groups (SSNS or SRNS) versus healthy controls identified 105 genes (58 up-regulated, 47 down-regulated) in SSNS and 139 genes (78 up-regulated, 61 down-regulated) in SRNS with 55 common to SSNS and SRNS, while the rest were unique (50 in SSNS, 84 genes in SRNS). Pathway analysis of the significant (P≤0.05, -1≤ log2 FC ≥1) differentially expressed genes identified the transforming growth factor-β and Janus kinase-signal transducer and activator of transcription pathways to be involved in both SSNS and SRNS. DGE analysis of SSNS versus SRNS identified 2,350 genes with values of P≤0.05, and a heatmap of corresponding expression values of these genes in each subject showed clear differences in SSNS and SRNS. Conclusion: Our study observations indicate that, although podocyte injury follows similar pathways in different clinical subgroups, the pathways are modulated differently as evidenced by the heatmap. Such transcriptome profiling with a larger cohort can stratify patients into intrinsic subtypes and provide insight into the molecular mechanisms of podocyte injury.
It is well known that proteins present in the primary urine are reabsorbed in the renal proximal tubules, and that this reabsorption is mediated via the megalin-cubilin complex and the neonatal $Fc{\gamma}$ receptor. However, the reabsorption is also thought to be influenced by an electrostatic interaction between protein molecules and the microvilli of the renal proximal tubules. By analyzing the charge diversity of urinary IgG, we showed that this reabsorption process occurs in a cationic charge-preferential manner. The charge-selective molecular sieving function of the glomerular capillary walls has long been a target of research since Brenner et al. demonstrated the existence of this function by a differential clearance study by using the anionic dextran sulfate polymer. However, conclusive evidence was not obtained when the study was performed using differential clearance of serum proteins. We noted that immunoglobulin (Ig) A and IgG have similar molecular sizes but distinct molecular isoelectric points. Therefore, we studied the differential clearance of these serum proteins (clearance IgA/clearance IgG) in podocyte diseases and glomerulonephritis. In addition, we studied this differential clearance in patients with Dent disease rather than in normal subjects because the glomerular sieving function is considered to be normal in subjects with Dent disease. Our results clearly showed that the charge-selective barrier is operational in Dent disease, impaired in podocyte disease, and lacking in glomerulonephritis.
Ha, Tae-Sun;Lee, Jin-Seok;Choi, Ji-Young;Park, Hye-Young
Journal of Ginseng Research
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제37권1호
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pp.94-99
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2013
Proteinuric conditions demonstrate structural and compositional changes of the foot processes and slit diaphragms between podocytes. p130Cas in podocytes serves as an adapter protein anchoring glomerular basement membrane to actin filaments of podocyte cytoskeleton. To investigate the effect of ginseng total saponin (GTS) on the pathologic changes of podocyte p130Cas induced by diabetic conditions, we cultured mouse podocytes under: 1) normal glucose (5 mM, control); 2) high glucose (HG, 30 mM); 3) advanced glycosylation endproducts (AGE)-added; or 4) HG plus AGE-added conditions and treated with GTS. In confocal imaging, p130Cas colocalized with zonula occludens-1 and synaptopodin connecting to F-actin. However, diabetic conditions relocalized p130Cas molecules at perinuclear cytoplasmic area and reduced the intensity of p130Cas. In Western blotting, diabetic conditions, especially HG plus AGE-added condition, decreased cellular p130Cas protein levels at 24 and 48 h. GTS improved such quantitative and qualitative changes. These findings imply that HG and AGE have an influence on the redistribution and amount of p130Cas of podocytes, which can be reversed by GTS.
Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is the process by which epithelial cells lose their characters and acquire the properties of mesenchymal cells. EMT has been reported to exert an essential role in embryonic development. Recently, EMT has emerged as a pivotal mechanism in the metastasis of cancer and the fibrosis of chronic diseases. In particular, EMT is drawing attention as a mechanism of renal fibrosis in chronic kidney diseases such as diabetic nephropathy. In this study, we developed an EMT model by treating TGF-β1 on the podocytes, which play a key role in the renal glomerular filtration. This study explored the effects of Hwanggeum-tang (HGT) recorded in Dongeuibogam as being able to be used for the treatment of Sogal whose concept had been applied to Diabetes Mellitus (DM), on the TGF-β1-induced podocyte EMT. HGT suppressed the expression of vimentin and α-SMA, the EMT marker, in the human podocytes stimulated by TGF-β1. However, HGT increased the expression of ZO-1 and nephrin. Interestingly, HGT selectively inhibited the mTOR pathway rather than the classical Smad pathway. HGT also activated the AMPK signaling. HGT's inhibitory effect on the podocyte EMT through regulation of the mTOR pathway was achieved through the activation of AMPK, which was confirmed by comparison with cells treated with compound C (CC), an inhibitor of AMPK signaling. In conclusion, HGT can be applied to the renal fibrosis by preventing TGF-β1-induced EMT of podocytes through AMPK activation and mTOR inhibition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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