A hidrogén-szulfid jelzés térbeli és időbeli szabályozása a vesében

Kapcsolatba lépni:tina.xiang@wecistanche.com

A B S T R A C T

A hidrogén-szulfidot (H2S) régóta rothadó, mérgező gázként ismerik el. Az elmúlt két évtized intenzív biokémiai kutatásának eredményeként azonban a H2S-t a nitrogén-monoxid (NO) és a szén-monoxid (CO) mellett a harmadik gáztranszmitternek tekintik az emlősrendszerekben. A H2S-termelő enzimek minden szervben expresszálódnak, és fontos szerepet játszanak fiziológiájukban. Ban,-benvese, a H2S az érrendszeri és sejtfunkciók kritikus szabályozója, bár a HS (szub)celluláris szintjét befolyásoló mechanizmusok nem teljesen ismertek. A H2S a nitrogén-monoxid szintézis közvetlen gátlásával modulálja a szisztémás és a vese véráramlását, a glomeruláris filtrációs sebességet és a renin-angiotenzin tengelyt. Ezenkívül a H2S befolyásolja a sejtműködést azáltal, hogy modulálja a fehérjeaktivitást a poszttranszlációs fehérjemódosításon keresztül: ezt a folyamatot perszulfidációnak nevezik. A perszulfidáció modulálja a fehérjeaktivitást, a fehérje lokalizációját és a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat. Ezenkívülakut vese sérülés(A hipoxia vagy ischaemia-reperfúzió (IR) során fellépő mitokondriális diszfunkció miatt kialakuló AKD-t a H2S gyengíti. A H2S fokozza az ATP-termelést, megakadályozza a szabad gyökök okozta károsodást, és szabályozza az endoplazmatikus retikulum stresszt az IR során. Ebben az áttekintésben tárgyalunk. A H2S anabolizmusának, visszatartásának és katabolizmusának (szub)celluláris szabályozásának jelenlegi ismeretei a vese H2S szintjének spatiotemporális szabályozásával kapcsolatban. A H2S együtt egy sokoldalú gáztranszmitter, amely pleiotróp hatást fejt kiveseműködésés védelmet nyújt az AKI ellen. A H2S (szub)celluláris jelátvitelét moduláló mechanizmusok feltárása nemcsak a H2S által közvetített funkcionális hatások szabályozásába terjeszti ki az alapvető betekintést, hanem új terápiás célpontokat is kínálhat a hipoxiás vagy ischaemiás sérülés miatti vesekárosodás megelőzésére.

Kulcsszavak: Hidrogén-szulfid Gáztranszmitter Vese Perszulfidáció Ischaemia-reperfúziós sérülés Hypoxia

Kattintson a további információkért

1. Bemutatkozás

Representing the simplest sulfur-containing molecule, hydrogen sulfide(HS)-also known as sulfane(according to recent nomenclature)[1]-is a flammable colorless gas that has been mainly recognized as a toxic compound. Toxicity occurs already at low concentrations, upon prolonged exposure to concentrations above 2-5 parts per million or acute exposure to 100 parts per million or higher. The major toxicity of H2S occurs through inhibition of mitochondrial cytochrome c oxidase, leading to metabolic acidosis associated with cardiovascular and respiratory collapse and sudden loss of consciousness [2]. Endogenous H2S synthesis in mammalian cells, however, produces much lower, non-toxic concentrations and is recognized to have important physiological functions. H2S is enzymatically synthesized by cystathionine-β-synthase (CBS)[3], cystathionine Y-lyase(CSE), 3-mercaptopyruvate sulfur-transferase (3-MST), and indirectly by p-amino acid oxidase (DAO)[3-5]. Following nitric oxide (NO) and carbon monoxide(CO), H2S was recently recognized as the third gasotransmitter: signaling molecules that can freely diffuse through membranes to transmit information [5-8]. Given the pleiotropic effect of H>S a különböző kritikus fiziológiai-logikai útvonalakon a HS spatiotemporális szabályozása kiemelkedően fontos a celluláris célspecificitás lehetővé tételéhez [9].

A H2S fontos szerepet játszik a vese fiziológiájában azáltal, hogy modulálja a vese véráramlását, az endokrin funkciót és az anyagcserét. Először is, a HS koncentrációfüggő vazoaktív tulajdonságai nagymértékben befolyásoljákvese-véráramlás [10,11]. Ezenkívül a H2S befolyásolja a vese endokrin funkcióját a renin és angiotenzin I receptor szint szabályozása, valamint a noradrenalin és az aldoszteron felszabadulás indukciója révén, amint azt a szívelégtelenség egérmodelljében kimutatták [12]. Ezenkívül a H2S az oxidatív stressz csökkentésével mérsékelheti az ischaemiás/reperfúziós károsodást, amit az a megfigyelés illusztrál, hogy a CBS-t, CSE-t vagy 3-MST-t nem tartalmazó egerek számos szervében jelentősen csökkentek az ischaemiás/reperfúziós sérülésekkel szembeni rezisztencia. 13-15]. Ezért úgy tűnik, hogy az endogén H2S szigorú szabályozása kritikus fontosságú a vese homeosztázisának fenntartásához, különböző mechanizmusokon keresztül, amelyek mind a szűrést, mind az endokrin, mind a metabolikus funkcióit befolyásolják.vese. A vese H2S jelátvitelének ezt a specifikus spatiotemporális szabályozását a szubsztrát és kofaktor elérhetőségének szabályozásával, valamint a H2S-termelő enzimek szintjének, enzimaktivitásának és lokalizációjának módosításával érik el. A vesében a H2S-t elsősorban a CBS és a CSE szintetizálja. Míg mind a CBS, mind a CSE túlnyomórészt a proximális tubulusokban expresszálódik [16,17], addig a CSE a glomerulusban is expresszálódik [18,19]. A CBS-hez és a CSE-hez képest az 3-MST és a DAO szintje a vesében sokkal alacsonyabb, és a vesefiziológiában betöltött pontos szerepük továbbra sem tisztázott [20,21].

Ebben az áttekintésben leírjuk a H2S (szub)celluláris és időbeli szabályozását a vesében, és azt, hogy a H2S hogyan fejti ki hatásait a különböző organellumokban, például a sejtmagban, az ER-ben és a mitokondriumokban. Ezenkívül áttekintjük, hogy a szubcelluláris HS anabolizmus és katabolizmus hogyan befolyásolta a vese (pato)fiziológiáját. Emellett a fehérje-cisztein-maradékok poszt-transzlációs módosítása perszulfidációval szintén nagy ígéretet jelent a H2S jótékony tulajdonságainak magyarázatára, amelyek potenciálisan jelentőséggel bírnak a vesebetegségek, mint például a magas vérnyomás, ischaemia/reperfúzió ésakut vese sérülés. Ezért a H2S-termelő enzimek szintjének, enzimatikus aktivitásának vagy lokalizációjának módosítása farmakológiailag kiaknázható célpont lehet a H2S endogén szintjének módosítására.

2. A H2S termelés szabályozása

2.1. A szubcelluláris enzim lokalizáció befolyásolja a H2S szintek térbeli specifitását

One mode of regulation of H2S signaling specificity consists of the multiple H2S-producing enzymes that have both unique as well as redundant functions. Regulation of H2S production on the organelle level is achieved by (trans)localization of the H2S-producing enzymes in the cell. Natively, CBS and CSE reside mostly in the cytosol, while 3-MST mostly resides in the mitochondrion. The translocation of these enzymes into different organelles allows for subcellular control of H2S levels, as each enzyme has specific cellular localization signals and cues. CBS has a C-terminal mitochondrial targeting sequence which is recognized by Hsp70 under hypoxic conditions, while CSE requires the mitochondrial outer membrane transporter protein Tom20 to translocate to the mitochondrial lumen upon treatment with the ionophore calcimycin [22,23]. Specificity is also achieved by differences in the optimal pH of the H2S synthesizing enzymes. The optimal pH for H2S production by CBS and CSE is pH8.5-9.0 [24,25], which is closer to the slightly alkaline pH of 8.0 within the lumen of the mitochondria as compared to the pH of 7.0-7.4 of the cytosol [26]. The optimal pH for H2S production by3-MST is 7.4 [27], close to the pH of the cytosol. The optimal pH for H>A DAO által előállított S prekurzor 8.4 L-ciszteinre, mint szubsztrátra, 7.4 D-ciszteinre, mint szubsztrátra. A CBS és a CSE elsősorban a citoszolban lokalizálódik, de a hólyagokban, sejtmagvakban [28] és a mitokondriumokban is.{8}}Az MST

A mitokondriumokban [29] és a citoszolban [30] lokalizálódik. Végül a DAO -hozzájárul a H2S termeléshez az 3-MST-n keresztül - a mitokondriumokban és a peroxiszómákban lokalizálódik [21,31]. Együttesen nemcsak a szubsztrát elérhetősége, enzimtermelése és transzlokációja, hanem a lokális pH és a szubsztrát-specifikus pHoptimumok is befolyásolják az enzimaktivitást, és ennek következtében a H2S szintet.

2.2. A H2S termelést a szubsztrát és a kofaktor elérhetősége szabályozza

Spatiotemporal regulation of H2S is also achieved by modulating substrate availability for H.S production, of which the most important are L-cysteine, L-homocysteine, and 3-mercaptopyruvate, and to a lesser extent i-cystine and D-cysteine [32]. The canonical pathways of H>Az S szintézis az 1. ábrán látható, ahol az L-cisztein és az L-homocisztein a CBS és a CSE fő szubsztrátjai. Az L-cisztein intracelluláris koncentrációját számos független folyamat szabályozza: a plazmából történő felvétel az endotélsejtekben, a proteolízis (az L-cisztein elérhetőségének növelése), a transzszulfurációs útvonal (az L-cisztein a H2S szintézis szubsztrátja) és a sebesség. a glutationba való beépülés (az L-cisztein elérhetőségének csökkentése vagy felfüggesztése)[33]. Az L-cisztint a glutamát/cisztin antiporter veszi fel, amely a H2S pozitív szabályozása alatt áll, ami pozitív visszacsatolási hurkot képez a H2S termeléséhez [34]. A dihidroliponsav (DHLA) egy erős antioxidáns, amely az étrendi liponsavból (LA) származik, amelyről az L-cisztin redukálásával kimutatták, hogy szabad L-ciszteint szabadít fel [35], amelyet a H2S előállításához használnak fel. Az L-homocisztein intracelluláris koncentrációját még nem határozták meg, valószínűleg azért, mert ez egy toxikus intermedier, amelyet a CBS hatékonyan fogyaszt, vagy mert a koncentráció a jelenlegi analitikai módszerek kimutatási határa alatt van. A DAO-hoz szükséges p-cisztein elsősorban a tápanyagok anyagcseréjéből származik a gyomor-bél traktusban [21]. A CBS-hez és a CSE-hez a piridoxál-5-foszfát (PLP) kofaktorra (PLP), más néven B6-vitaminra van szükség ahhoz, hogy H2S-t állítson elő. H2S-termelés az 3-MST által a tioredoxintól (Trx) és a dihidroliponsavtól függően: két fontos redox egyensúly. -fenntartó molekulák[36]. A Trx expresszióját viszont az antioxidáns válaszban szerepet játszó transzkripciós faktorok szabályozzák, mint például a Nrf2 [37]. A szubsztrát és kofaktor rendelkezésre állását szabályozó rendszerek összetettek, pozitív és negatív visszacsatolási hurokkal, és a redox egyensúly fenntartásával kapcsolódnak. Így a szubsztrát, a kofaktor elérhetősége és a H2S-termelő enzim bősége szabályozza a HS anabolizmusát.

2.3. A H2S-clearance mind enzimatikusan, mind nem enzimatikusan érhető el

While substrate availability, enzyme levels, and subcellular localization contribute to spatiotemporal regulation of local H>Az S szintek a szintézis, a katabolizmus, a kilégzés és a kiválasztódás hatására szabályozzák a H2S szintjének csökkentését. A kilégzés felelős<1% of="" h="">S elimináció a szervezetben, mivel a kiválasztás a fő útvonal, amely felelős a HS kiürüléséért [38]. Mielőtt a H2S kiválasztódna, először metabolikusan kell átalakulnia. A H2S katabolizmusa enzimatikusan és nem enzimatikusan is megtörténik, amelyek közül az enzimatikus katabolizmus jelenti a legfontosabb katabolikus utat [3]. A mitokondriumokban a HS-t a szulfid-kinon-oxidoreduktáz rendszer (SQR) katabolizálja, és SQR-hez kötött cisztein-perszulfidokat képez [39,40]. Az SQR-hez kötött cisztein-perszulfid ezután tioszulfáttá katabolizálódik, ami reverzibilis, és olyan endogén donorkészletet kínál, amely képes enyhíteni a hipertóniás vesebetegséget és a cukorbetegséget [41,42]. Ezenkívül az SQR-hez kötött cisztein-per-szulfid szulfittá és szulfáttá katabolizálódik, amelyek a vizelettel ürülnek ki. A H2S a mitokondriális mátrixban található ethylmalonic encephalopathia 1 fehérjén (ETHE1) keresztül szulfittá katabolizálódik [43]. A H2S tiol S-metiltranszferáz (TMT) és tioéter S-metiltranszferáz (TEMT) általi egymást követő metilezése trimetil-szulfónium-iont képez, amely szintén a vizelettel ürül [44]. Végül a H2S a methemoglobinhoz kötődik, és szulfhemoglobint képez az eritrocitákban, amelyek a H2S elnyelőjeként működnek, amikor az eritrociták lépbe kötődnek[45].

2.4. A H2S metabolizmus közbenső termékei lehetővé teszik a késleltetett H2S jelátvitelt tárolás és felszabadítás révén

A H2S metabolizmusa nem mindig egyirányú, mivel bizonyos katabolikus intermedierek lehetővé teszik a H2S felfüggesztett felszabadulását. Eddig három különböző H2S-készletet javasoltak: szulfán kénfajták, savra labilis H2S

és poliszulfidok. Először is, a H2S szulfát kén formájában tárolható: olyan vegyületek, amelyek hat vegyértékelektronnal rendelkező kénatomot tartalmaznak, amelyek másik két vagy több kénatomhoz (RS-Sn-SR) kötődnek, például: perszulfidok (RSSH), politionátok (-SO3-Sn-SO3), szerves poliszulfánok (HSSnSH, RSSS, R, RSSnSH) és tioszulfát (S2O3-/-s-SO3)[5]. A szulfán-kénvegyületekből a H2S felszabadulhat redukáló körülmények között vagy a katabolizmusban kulcsszerepet játszó tioredoxin/tioredoxin-reduktáz aktivitása vagy a szulfánkén, amely többnyire fehérje-perszulfidokba épül be [46,47]. Az egyetlen enzim, amelyről számoltak be, hogy HS-ből szulfán-kénvegyületeket állít elő, az 3-MST, de a mechanizmus ismeretlen [48,49]. A HS-hez hasonlóan a szulfánkénfajták is erős antioxidáns kapacitással rendelkeznek [50], ami hozzájárul a H2S és a szulfánkén 3-MST általi termelésének elhúzódó citoprotektív hatásához. Másodszor, a H2S savra labilis kén formájában tárolható, amely savas körülmények között felszabadul (pH<5.4), usually="" in="" the="" iron-sulfur="" center="" of="" mitochondrial="" enzymes="" [51,52].="" third,="" h="">Az S poliszulfidok formájában is tárolható, amit az 3-MST és a cisztein-aminotranszferáz (CAT)[53] enzim segít. A késleltetett H2S jelátvitel a H2S-készletekből adott redox körülmények között történő felszabadulásával érhető el. A H2S anabolizmusát együtt szigorúan szabályozza az enzim lokalizációja, a szubsztrátspecifitás és az optimális pH-szint, míg a H2S enzimatikus és nem enzimatikus metabolizmusa funkcionális intermedierekhez és végső soron H2S származékok kiválasztásához vezet.

2.5. H2S jelátvitel a vesefiziológiában

2.5.1. A H2S vazoaktív hatásai befolyásolják a szisztémás vérnyomást és a vese véráramlását

A HS termelése az endothel sejtekben szabályozza a hormetikus (azaz kétfázisú) dózisfüggő vazoaktív hatásokat azáltal, hogy befolyásolja az endoteliális és vazomotoros funkciókat. Az endothelsejtekben az endogén H2S-t a CSE[54], az 3-MST[55] és a CBS [56] termelik, és ez a H2S endogén koncentrációjához vezet az artériás vérben a 0 tartományban.{{ 8}}.0 μM【57,58]. Rövid távú kísérletekben az exogén NaHS beadás vasodilatációt vált ki izolált humán mesenterialis artériákban és patkány mellkasi aortában [59,60]. Patkányokban a H2S bolus injekciója átmenetileg csökkentette a vérnyomást, ami értágulatra utal. CSE-knockout egerekben a vad típusú egerekhez képest megnövekedett vérnyomást figyeltek meg, ami a H2S által közvetített értágulat hiányára utal [54]. Éppen ellenkezőleg, egy közelmúltbeli tanulmány eredményei azt mutatják, hogy nincs H2S-közvetített magas vérnyomás CSE-/egerekben, valamint megnövekedett az endogén NO szintje a CSE vad típusú állatokhoz képest. Ez a megfigyelés hangsúlyozza a H2S és a NOWHERE NO közötti közvetlen kémiai reakciót a H2S-szel, valamint kölcsönös hozzájárulásukat az értónus szabályozásában [61].

NaHS, H2S-donor in vivo beadása 10 μmolkg-'min-1 mellett vérnyomás-emelkedést, míg 25 μmol kg-Imin-1 NaHS vérnyomáscsökkenést eredményezett [62]. Ez a H2S hormetikus hatásait mutatja, elképzelhető az endoteliális NO-szintáz gátlásán keresztül [62].

A tubuláris funkciót a H2S szabályozza a vese véráramlásának (RBF) és ennek következtében a glomeruláris filtrációs rátának (GFR) modulációján keresztül. A tubuláris H2S-szint emelkedése serkenti a diurézist, a natriurézist és a kaliurézist azáltal, hogy gátolja a Na*/K'/2Cl kotranszportert (NKCC) krónikusan sóterhelésű patkányokban [63,64]. Mind a HS donor NaHS, mind a H, S prekurzor L-cisztein dózisfüggő módon növeli a GFR-t patkányokban, amit a CBS és a CSE egyidejű gátlása megszüntetett. Mind a CBS, mind a CSE gátlása önmagában (az AOAA és a PPG által) csökkent HS-szintet és a tubuláris funkció csökkenését eredményezi [63]. Érdekes módon akut bilaterális vese ischaemiában szenvedő egerekben a NaHS hozzáadása felgyorsította a sérült tubuláris sejtek regenerálódását, míg a PPG adása lelassította a regenerációt [65]. Ezért az endogén H2S képződése a vese endothel sejtjeiben csökkenti a vérnyomást, miközben növeli a glomeruláris filtrációs sebességet és a tubuláris funkciót.

2.5.2. A génexpresszió H2S általi modulálása lényeges a vérnyomás szabályozásában

A spontán hipertóniás patkány (SHR) modellt természetesen magas vérnyomású patkányok szelektív tenyésztésével fejlesztették ki [66]. A hipertónia kialakulása az artériákban csökkent CSE aktivitással jár, amint azt a mellkasi aortában is kimutatták [67]. Ezenkívül a HS plazmaszintje a hipertónia kialakulása előtt csökken, míg a NaHS adása (részben) kizárja a magas vérnyomás kialakulását [68]. Mivel az endogén H2S alacsony szintje értágulatot indukál, és a CSE hiánya egerekben magas vérnyomással jár, valószínű, hogy a H2S csökkent szintje szerepet játszik a magas vérnyomás patofiziológiájában az SHR modellben. Ezenkívül a NaHS beadása az SHR modellben csökkenti a RAS rendszer fontos összetevőinek expresszióját, beleértve a renint (Ren), az angiotenzinogént (Agt), az angiotenzin-konvertáló enzimet (ace) és az 1a típusú angiotenzin II receptort (Agtrla). a normotenzív kontroll patkányokban megfigyelt szint alá [69]. Hasonlóképpen, a NaHS beadása csökkenti a Ren expresszióját és csökkenti a plazma reninszintjét a magas vérnyomás kétvese-egy klip (2K1C) patkánymodelljében [70]. A 2K1Crat modellben a magas vérnyomást úgy váltják ki, hogy átmenetileg korlátozzák a véráramlástvese, amely aktiválja a renin-angiotenzin tengelyt és magas vérnyomást indukál [71]. Az angiotenzin II-vel végzett kezelés által kiváltott hipertónia egérmodelljében a miR-129 (epigenetikai szabályozó) csökkent szintje gyulladásos válaszreakcióval jár [72]. ]. A GYY4137-tel (egy H2S-t felszabadító molekula) végzett kezelés a miR-129 expresszióját a normál értékre állította vissza, ezáltal enyhítette a vesegyulladást. A génexpressziós változásokat potenciálisan a H2S epigenetikai szabályozása szabályozza. A NaHS-sel kezelt anyai hipertóniás patkányok az Agtrlb (angiotenzin I receptor, 1b típusú) fokozott metilációjával és az AT1R angiotenzin II receptor szintjének csökkenésével hoznak utódokat [73]. Így a H2S befolyásolja a vérnyomás szabályozásában alapvető szerepet játszó gének (például Ren, Agt és Agtrla) expresszióját, amely potenciálisan az epigenetikai szabályozáson, valamint a miRNS expresszióján keresztül közvetítődik.

2.5.3. A H2S véd a vesekárosodástól a fehérje-perszulfidáció révén

A perszulfidáció, más néven "S-szulfhidráció" egy cisztein-szulfhidril-csoport oxidatív módosulását jelenti, ahol egy másik tiolrész (amely H2S-ből, H2S-donorokból vagy más perszulfidból származik) kovalensen kapcsolódik a megfelelő cisztein-szulfhidril-csoporthoz, és végül a perszulfidot képezi. 5,74] (2. ábra). A perszulfidáció módosítja a fehérje működését és megváltoztatja a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat. Először is, a perszulfidáció növelheti vagy csökkentheti a célfehérjék funkcióját és aktivitását. A mitokondriális gliceraldehid 3-foszfát-dehidrogenáz (GAPDHD, GAPDHD) C150 cisztein-maradékának perszulfidációja fokozza az enzimaktivitást [74], míg a C156-on vagy C152-n végzett perszulfidáció jelentősen csökkenti az aktivitást [75]. Másodszor, az alter-protein-prote is A kötési kinetika és ezáltal a fehérje lokalizációja, ahogy az az Nrf2 transzkripciós faktor esetében történik. A citoszolos Keapl C150 perszulfidációja elindítja a kötött Nrf2 transzkripciós faktor disszociációját, és lehetővé teszi az Nrf2 transzlokációját a sejtmagba, és fokozza a fehérjéket kódoló gének expressziójátantioxidánsstresszreakció [76]. A Nrf2-t a védelemben részesítettékvese sérüléskísérleti IR után több tanulmányban [77,78]. Végül a perszulfidáció megvédi a fehérjéket a káros poszttranszlációs módosulásoktól, mint például az S-nitrozilációtól vagy oxidációtól nitrozatív és/vagy oxidatív stressz körülmények között [79]. A perszulfidáció többnyire a fehérje cisztein maradékain történik, megvédve ezt a részt a ROS általi oxidációtól, így védve a fehérje működését. A GAPDH S-nitrozilációja a fent említett C150-nél érvényteleníti az enzimaktivitást, ami az ATP-termelés jelentős csökkenéséhez vezet [80]. A GAPDH, de az ATP5a perszulfidációja révén a H2S megmentheti az ATP-termelést. Ismeretes, hogy AKI-ben az ATP-termelés fenntartása kulcsfontosságú a vesefunkció megfelelő helyreállításához [81]. A H2S együttesen védi a veseműködést a fehérje-perszulfidáció által okozott sérülés után (lásd 3. ábra).

2.5.4. A H2S modulálja a redox homeosztázist, a nátrium kiválasztását és a vérnyomást a fehérje perszulfidáció révén

A vesében a fehérjék perszulfidációja szabályozza a vérnyomást és a vese nátrium kezelését. Az endothel növekedési faktor receptor (EGFR) cisztein C797/C798 perszulfidációja a Nat/K plusz -ATPáz endocitózisát indukálja, ami a Na plus /K plus -ATPáz működésének elvesztését eredményezi a vesetubuláris epiteliális sejtekben [64]. E mechanizmusok révén a H2S víz- és nátriumkiválasztást indukál patkányokban, csökkentve ezzel a vérnyomást [64]. Ezenkívül az angiotenzin II receptor, az AT1R perszulfidációja NaHS-sel vagy L-ciszteinnel csökkenti a magas vérnyomást angiotenzin I-indukált hipertóniás egerekben [82]. Így a H2S által indukált fehérje perszulfidáció befolyásolja a fehérjeaktivitást, de módosíthatja a génexpressziót is azáltal, hogy befolyásolja a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat és a miRNS-ek expresszióját. Ezeknek a jelátviteli rétegeknek a nettó hatása nem világos, de elengedhetetlenek a redox homeosztázis fenntartásához, valamint a vese nátrium kezelésének és vérnyomásának szabályozásához.

2.5.5. A HS fenntartja a sejt homeosztázist a proteotoxikus stressz hatására az autofágia modulálásával

A rosszul hajtogatott fehérjék potenciálisan toxikusak az ER-stressz és a túlzott sejthalál miatt, mint az akut vesekárosodás esetén [83]. A sérült organellumokat és a rosszul hajtogatott fehérjéket (makro)autofágia tisztítja, amelyet a H2S modulál. Az exogén H2S (NaHS) gátolja az autofágiát újszülött patkány szívizomsejtekben in vitro hipoxia-reoxigenációs (HR) modellben, PI3K/GSK3 jelátvitelen keresztül [84], valamint hepatocelluláris karcinóma (HCC) sejtekben is, amint azt a PI3K gének alulszabályozása illusztrálja. /AKT/mTOR útvonal[85]. Ezzel szemben az ischaemia-reperfúzió (IR) patkánymodelljében a NaHS addíciója felerősíti a géneket az AMPK/mTOR útvonalon, ezáltal elősegíti az autofágiát és védelmet nyújt az IR sérülésekkel szemben [85,86]. Elképzelhető, hogy normál körülmények között a H2S jelátvitel fiziológiai határokon belül tartja az autofágia sebességét, míg súlyos proteotoxikus stressz esetén a H2S nagymértékben növelheti az autofágiás fluxust. Azáltal, hogy az autofágia modulálásával megvédi a sejteket az IR sérüléstől, a H2S jelátvitel gyengíti az IR utáni vesekárosodást.

2.5.6. A H2S fehérje perszulfidáció révén csökkenti a proteotoxikus stresszt

The endoplasmic reticulum (ER)is indispensable for synthesis, folding, post-translational modification, and transport of proteins, and is the first line of defense in protein folding defects [87]. In addition to regulating autophagy, H2S can both induce and inhibit proteasomal degradation of proteins to attenuateproteotoxic stress in response to a sustained unfolded protein response(UPR). The proteasome selectively degrades misfolded,ubiquitin-tagged proteins, with Nrf2 as a regulator of the UPR [88,89]. Treatment with Na2S partly rescues ischemia-induced heart failure in wild-type mice, but not in mice lacking Nrf2. Presumably, the effects of Naz are mediated by inducing translocation of Nrf2 after persulfidation of Keapl, as described above [76]. Thus, H>S enhances cardiac proteasome activity and thereby attenuates ER stress with cytoprotective effects [90]. On the other hand, in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), H2S prevents the proteasomal degradation of eNOS via persulfidation of eNOS [91]. Notably, proteotoxic stress upregulates CSE at low concentrations of doxorubicin and H2O, in H9c2 myoblasts, while the expression of CSE decreases upon exposure to higher concentrations of doxorubicin and H2O2. The addition of NaHS, but also N-acetylcysteine (NAC), rescues cell viability and diminishes ROS accumulation through rescuing CSE expression and H2S production [92]. In line with these results, the addition of NaHS reduced proteotoxic stress-induced by formaldehyde in PC12 cells, but also in nucleus pulposus(NP)cells challenged with IL-1β [93]. Thus, H>Az S egyaránt képes a teljes proteaszómális degradációs rendszert fokozni, ugyanakkor megakadályozza, hogy bizonyos fehérjéket ugyanaz a proteaszómális degradációs rendszer lebontsa. A modulációs autofágia és a proteaszóma aktivitás mellett a H2S csökkenti a proteotoxikus stresszt a védő jelátviteli útvonalak felszabályozásával, specifikus transzkripciós faktorok perszulfidációjával.

2.5.7. A H2S csökkenti a proteotoxikus stresszt az epigenetikai módosítók és transzkripciós faktorok perszulfidációjával

A NaHS hozzáadása csökkenti a proteotoxikus stresszt és megmenti a sejtek életképességét, feltehetően a silent párzás típusú információs szabályozó 2. homológ 1 (SIRT-1)[94] fokozásával. A SIRT-1 fokozott aktivitása a perszulfidáció révén következhet be [95]. A SIRT-1 aktivitás növekedésének alternatív magyarázata a SIRT-1 transzkripciós szabályozójának módosítása. Mint ilyen, a SIRT-1 [96] upstream transzkripciós szabályozója, az NF-k perszulfidációja az NF-k és ezáltal a SIRT-1 [97] megnövekedett transzkripciós aktivitásához vezet. Ezenkívül a H2S aktiválja a PI3K/Akt, ERK1/2 és ATF4 útvonalakat, például a fehérjék perszulfidációja révén ezekben az útvonalakban, ami csökkenti az ER stresszt (2. ábra)[98,99]. A legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy a SIRT1 perszulfidációja és ezáltal deacetilációs aktivitásának csökkentése nagy szerepet játszik epigenetikai funkciójának szabályozásában [95]. Így a H2S fontos szerepet játszik az ER funkció szabályozásában azáltal, hogy modulálja a proteaszóma aktivitást, és proteotoxikus stressz esetén védőutakat indukál az upstream transzkripciós faktorok és epigenetikai módosítók perszulfidációjával.

Hogy a H2S enyhíti-e a proteotoxikus stresszt a H2S által az ER-n belül, vagy más mediátorokon keresztül, még nem ismert pontosan. A HeLa sejtekben, az egérmájban és a zebradánban ER-célzott H2S szondával kapott eredmények azonban azt mutatják, hogy a H2S specifikusan lokalizálódik az ER-hez [100]. Továbbra is meg kell vizsgálni, hogy a H2S helyi szintjét az ER-n belül szabályozza-e a specifikus modulációs szubsztrát elérhetősége vagy a H2S-termelő enzimek transzlokációja az ER-be. Érdekes módon a különböző H2S-termelő enzimek különböző szerepet töltenek be a proteotoxikus stressz enyhítésében. A thapsigargin által kiváltott ER stressz során a HEK293 sejtekben a szén-monoxid (CO) képződése gátolja a CBS-t azáltal, hogy kötődik a hem csoportjához, ami csökkenti a cisztationin termelést. Mivel a cisztationin gátolja a CSE működését, kimerülése miatt a CSE több H2S-t termel a proteotoxikus stressz csökkentése érdekében [101]. Összességében ezek a bizonyítékok azt sugallják, hogy a H2S a proteotoxikus stressz erős modulátora a proteaszóma és a megfelelő fehérje cisztein maradékainak perszulfidáció révén történő szelektív modulációja révén, ami a védő jelátviteli útvonalak felszabályozásához vezet.

2.5.8. A H2S gyengíti a vesekárosodást a mitokondriális funkció fenntartásával

Maintaining ATP production during IR or in AKI is crucial for renal function and recovery. Most ATP is produced by oxidative phosphorylation in mitochondria, with substrates derived from the citric acid cycle to fuel the electron transport chain. Alternatively, H2S can also serve as an electron donor in oxidative phosphorylation. Gobern et al. [102]revealed that HS is a substrate of oxidative phosphorylation at nano-molar concentrations. CBS, CSE, and 3-MST either reside in the mitochondrion or can translocate there under specific conditions, to contribute to ATP production directly [103]. As such, hypoxia triggers CBS translocation to mitochondria [22,104]. Mitochondrial CBS levels increase 6-fold within 1 h of hypoxia [22]. Another consequence of hypoxia is the suppression of oxygen-dependent mitochondrial catabolism (e.g. CoQ-dependent SQR activity) of H2S that leads to the accumulation of H S in cells. This observation was recently demonstrated by using mass spectrometry-based H>S-szelektív kémiai próbák ischaemiás állati szövetekben és a szervmegőrző modellrendszerben [105], valamint H2S-érzékeny fluoreszcens érzékelő alkalmazásával anoxikus sejttenyészetben [106].

In hypoxia, both CSE and CBS activity are associated with elevated ATP production [104,107]. Blockade of CBS or CSE by AOAA/shRNA or PPG, respectively, abrogates the effects of these enzymes on ATP production [107,108]. Stimulating 3-MST function by adding its substrate 3-mercaptopyruvate, increases intramitochondrial H2S levels and stimulates the production of ATP [29]. Apart from electron donation of H2S, persulfidation of ATP synthase and GAPDH increases their activity, thereby stimulating ATP production. Mice lacking CSE have profoundly lowered levels of ATP synthase and GADPH persulfides, associated with reduced ATP production [74,103]. Thus, H2S can stimulate ATP production by donating electrons and by the persulfidation of enzymes involved in mitochondrial ATP production. Furthermore, H2S reduces cytochrome c very efficiently to stimulate the electron flow through the respiratory chain [106]. The same study shows that both endogenous and exogenously applied H2S were able to induce cytochrome c dependent protein persulfidation that suppresses the apoptotic response by persulfidation of a catalytically active cysteine residue of caspase-9 and inhibiting its pro-apoptotic function. In contrast to low levels of endogenous H2S, administration of exogenous H2S profoundly reduce mitochondrial function by inhibiting cytochrome oxidase(complex IV)through binding to ferric iron (Fe3+), thereby halting aerobic ATP generation at alveolar concentrations of >100 ppm [2]. Feltehetően ezen a mechanizmuson keresztül a 80 ppm H2S koncentrációnak való kitettség (reverzibilisen) elnyomhatja az anyagcsere sebességét, és ezáltal a toxicitást egerekben[109].

Míg az (endogén) H2S alacsony szintje stimulálhatja az ATP-termelést azáltal, hogy elektronokat adományoz az elektrontranszport láncnak és modulálja az enzimaktivitást, a magas szintű (exogén) H2S toxikus hatásokat fejthet ki a citokróm-c-oxidáz gátlásával. Így a H2S fenntartja az ATP-termelést, ami kulcsfontosságú a veseműködéshez vesekárosodás után.

2.5.9. A H2S serkenti az antioxidáns termelést, ami csillapítja a ROS által kiváltott gyulladást

Metabolikus stressz esetén a H2S leküzdheti a mitokondriális diszfunkció káros hatásait azáltal, hogy serkenti az ATP-termelést, és antioxidáns hatást fejt ki a szabad gyökök megkötésével, megvédi a fehérjemaradványokat a perszulfidáció általi oxidációtól, és szabályozza az antioxidáns mechanizmusokat. A H2O2 által kiváltott oxidatív stresszt a Xenopus laevis vese hámsejtjeiben NaHS-sel végzett (elő)kezelés megszüntette [110]. Míg a H2S közvetlenül megköti a szabad gyököket – például peroxinitritet – szulfinil-nitritet (HSNO2) képezve, a H2S fontos antioxidáns mechanizmusokat is felerősít, köztük a glutationt, amely egy fő antioxidáns [111]. A H2S az extracelluláris ciszteint ciszteinné redukálja, majd ezt követi a cisztin/glutamát antiporter sejtfelvétel [34]. Ezenkívül a H2S fokozza az r-glutamil-cisztein-szintetáz (y-GCS) aktivitását, amely a glutation előállításához szükséges két enzim egyike [112, 113]. Az a mechanizmus, amellyel a H2S befolyásolja a GCS-aktivitást, nem teljesen világos, azonban az y-GCS expresszióját és a fehérjeszinteket a H2S nem befolyásolja, és valószínűleg a transzláció utáni perszulfidáció általi módosítások felelősek a magasabb y-GCS aktivitásért H2S stimuláció esetén. . A szabad gyökök megkötése és a glutationszint felszabályozása mellett a H2S a Nrf2-n keresztüli antioxidáns stresszválasz indukálásával fejti ki védő hatását[14]. Így az ATP-termelés serkentése mellett a H2S az oxidatív stressz csökkentésével enyhíti a mitokondriális diszfunkció káros hatásait.

A H2S mitokondriális funkcióra gyakorolt ​​hatása magyarázatot adhat a vese IR károsodásával szembeni védőhatásaira, ezáltal csillapítja a gyulladást és csökkenti az IR által kiváltott szerkezeti károsodást [115]. A CSE-t nem szenvedő egerek hajlamosabbak az IR által kiváltott akut vesekárosodásra, ami a túlélés csökkenésével jár [18]. A gyulladásos gének expresszióját és a citokinek felszabadulását csökkenti a transzkripciós faktorok, például az NF-k fokozott perszulfidációja a vese IR-ben. Ezért a H2S antioxidánsként hat az antioxidáns glutation szintjének növelésével és az antioxidáns stresszválasz fokozásával. Érdekes módon egy közelmúltban végzett tanulmány ellentétes, gyulladást elősegítő CSE-függő hatásokat mutatott ki az akut ischaemiás vesekárosodás egérmodelljében. Itt csökkent sejtkárosodást, valamint a gyulladást elősegítő interleukinek és citokinek szintjét figyelték meg CSE{9}}egerekben [16]. A hasonló vizsgálatok közötti kísérleti eredményekben megfigyelt különbségek részben az állatfajok genetikai hátterében és a hozzájuk tartozó fenotípusokban mutatkozó eltérésekkel magyarázhatók.

Végül, az oxidatív stressz nemcsak a sejtek homeosztázisára és a sejtek túlélésére van hatással, hanem a vese nátrium-kezelésére is hatással van az oxidáló foszfatáz és tenzin homológ (PTEN) révén, ezáltal fokozza az epiteliális nátriumcsatorna (ENaC) aktivitását, ami elősegíti a Na+ felszívódását [117] . Az oxidatív stressz ENaC-re gyakorolt ​​hatását a NaHS-sel végzett előkezelés megszünteti [117], potenciálisan a PTEN oxidáció elleni védelmével a fehérje szulfidálásával, hasonlóan ahhoz, ahogy a H2S által közvetített perszulfidáció megakadályozhatja az S-nitroziláció által kiváltott PTEN enzimatikus funkcióvesztést [l18] ]. A mitokondriális diszfunkció kizárása (azaz az ATP-termelés stimulálása és az oxidatív stressz csökkentése) együttesen kizárja a veseműködési zavarokat és az oxidatív stressz okozta károsodást.

3. Következtetés

A H2S termelést szigorúan szabályozzák, mind mennyiségileg, mind térben katabolikus és anabolikus folyamatok révén. Az olyan tényezők, mint a szubsztrát elérhetősége, a fehérje bősége, a helyi pH és a tárolási kapacitás szabályozzák a H2S anabolizmusát, míg az oxigénkoncentráció, az enzimatikus és nem enzimatikus mechanizmusok szabályozzák a H2S katabolizmusát. A H2S metabolitok, például a szulfánkénként kötött H2S vagy a H2S savra labilis készletei továbbra is képesek jelátviteli funkciókat kifejteni. A H2S befolyásolja a vese véráramlását azáltal, hogy befolyásolja az NO-szintet és ezáltal az érrendszeri működést, valamint szabályozza a helyi és szisztémás vérnyomásért és nátriumkiválasztásért felelős gének expresszióját. A fehérjetermelés és a proteotoxikus stressz szabályozása az autofág fluxus, a proteaszóma aktivitás, az aggregált fehérjék kiürülésének és a H2S jelátvitelen keresztüli UPR modulációján keresztül érhető el, ami lényeges az AKI gyengítéséhez. A H2S fontos antioxidáns azáltal, hogy közvetlenül megköti a szabad gyököket, de emellett fokozza a sejtek antioxidáns válaszát azáltal, hogy a glutation termelés szubsztrátjaként szolgál. A fehérje-perszulfidok képzésével a HS modulálja az enzimatikus aktivitást, de a transzkripciós faktor aktivitását is azáltal, hogy befolyásolja a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat a citoszolban, ami indukálja a transzkripciós faktor transzlokációját a sejtmagba. Hipoxiás körülmények között a H2S fenntartja az ATP szintézist azáltal, hogy alternatív elektrondonorként működik. Tekintettel a H2Supon metabolikus stressz vesében kifejtett védő hatásaira, a H2S farmakológiai célpontjai felhasználhatók a magas vérnyomás kezelésére vagy az akut vesekárosodás elkerülésére, például ischaemia/reperfúzió, vesetranszplantáció vagy szepszis során.