Role of murine double Minute-2 in diabetic kidney disease

Rocañín Arjó, Anaïs (2017): Role of murine double Minute-2 in diabetic kidney disease. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Murine double minute 2 (Mdm2) is an E3 ubiquitin ligase that promotes cell growth through negative regulation of the tumour suppressor p53. Its blockade with the small molecule antagonist Nutlin-3a is currently tested on clinical trials for its potential benefit as cancer treatment. The crucial equilibrium between p53 and Mdm2 in the cell homeostasis raises however concern on the effect of this drug in healthy tissues. Its administration in a mouse AKI model showed a diminished capacity of healing and the specific deletion of Mdm2 in both podocytes and tubular cells induced p53-overexpression dependent cell death (podoptosis). For this reason we hypothesized that the administration of Nutlin-3a to healthy mice damages renal function by promoting podoptosis in podocytes and tubular cells. Consistent with the hypothesis, we observed that stimulation with Nutlin-3a increased cell death in cultured mouse podocytes and tubular cells. In addition, treatment with Nutlin-3a caused in healthy mice stabilization of p53 levels and subsequent podocytopenia, promoting albuminuria and impaired glomerular filtration barrier. Moreover, increased macrophage infiltration was observed together with upregulation of inflammatory and tubular injury markers and augmented blood urea nitrogen levels. Therefore, renal damage after blockade of Mdm2 needs to be regarded when considering Nutlin-3a therapy. As blockade of Mdm2 can at the same time be beneficial in chronic glomerulopathies by inhibiting podocyte mitotic catastrophe, we hypothesized that Nutlin-3a could ameliorate diabetic nephropathy by preventing mitotic catastrophe and inhibiting inflammation; effect that has been previously observed in different disease models, where inflammation plays a central role in the pathogenesis. The administration of Nutlin-3a to diabetic mice did indeed decrease inflammation and fibrosis but it did not improve podocyte injury or renal function; contrary to the original hypothesis, increased podocytopenia and decreased renal function in terms of BUN compared to the placebo group. These results could further support a recent work on metabolomics and computational network analysis from Saito et al., where Mdm2 was revealed as a relevant downregulated protein in the diabetic kidney disease. In conclusion, therapeutic Mdm2 blockade may hold the risk of damaging renal function in patients with no underlying kidney diseases and also in those with diabetic nephropathy.

Abstract

„Murine double minute 2“ (Mdm2) ist eine E3-Ubiquitin-Ligase, die das Zellwachstum via Inhibition des Tumorsupressorproteins p53 fördert. Die Blockade dieses Enzyms durch das Kleinmolekül Nutlin-3a wird derzeit wegen seines potentiellen Nutzens in der Krebstherapie in klinischen Studien getestet. Die möglichen Nebenwirkungen von Nutlin-3a in gesunden Geweben, bedingt durch die Störung der Zellhomöostase auf Grund Konzentrationsverschiebungen zwischen p53 und Mdm2, geben jedoch Anlass zur Sorge. In einem acute-kidney-injury(AKI)-Mausmodell zeigte die Verabreichung von Nutlin-3a eine verminderte Heilungsfähigkeit. Zudem zeigte die spezifische Mdm2-Deletion in Podozyten und Tubuluszellen eine signifikante Beeinträchtigung der Nierenfunktion, einhergehend mit der Einleitung von Podoptosis (p53-overexpression dependent cell death). Auf Grund dieser Beobachtungen stellten wir die Hypothese auf, dass die Gabe von Nutlin-3a in gesunden Mäusen die Nierenfunktion durch Podoptosis der Podozyten und Tubuluszellen schädigt. Im Einklang mit der Hypothese beobachteten wir durch die Stimulation von Mauspodozyten- und Maustubuluszell-Kulturen mit Nutlin-3a vermehrten Zelluntergang. Zudem verursachte die Nutlin-3a-Verabreichung in gesunden Mäusen die Stabilisierung von p53 mit resultierender Funktionsbeeinträchtigung der glomerulären Filtrationsbarriere und Albuminurie aufgrund einer Podocytopenie. Es konnte weiterhin eine vermehrte Makrophageninfiltration, eine Hochregulation von Markern der Tubulusschädigung und Entzündungsreaktion, sowie erhöhtes Blut-Harnstoff-Stickstoff beobachtet werden. Bei der Planung einer Nutlin-3a-Therapie, muss deshalb eine potentielle Nierenschädigung nach Blockade von Mdm2 Berücksichtigung finden. Da sich eine Mdm2-Blockade in chronischen Glomerulopathien durch die Inhibition der mitotischen Katastrophe auch positiv auswirken kann, stellten wir die Hypothse auf, dass Nutlin-3a die diabetischen Nephropathie verbessern kann, indem Entzündungsreaktion und die mitotische Katastrophe in Podozyten unterdrückt werden. Erwartungsgemäß zeigte sich nach Nutlin-3a Gabe in diabetischen Mäusen reduzierte Inflammation und Fibrose, aber die Schädigung von Podozyten war nicht vermindert und die Nierenfunktion dadurch nicht verbessert. Entgegen der ursprünglichen Annahme, wurde im Vergleich zu Plazebo eine schlechtere Nierenfunktion hinsichtlich Blut-Harnstoff-Stickstoff, als auch eine signifikantere Podozytopenie beobachtet. Diese unerwarteten Ergebnisse unterstützen jedoch eine neuere Arbeit in metabolomics und computational network analysis von Saito et al., in welcher Mdm2 als ein wichtiges heruntergeregeltes Protein bei diabetischer Nierenerkrankung aufgezeigt wurde. Zusammenfassend kann die therapeutische Mdm2-Blockade eine Schädigung der Nierenfunktion sowohl in Nierengesunden, als auch in Patienten mit diabetischen Nephropathien begünstigen.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Murine double minute-2 (Mdm2), Nutlin-3a, diabetic kidney disease, murine model
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 26. Oktober 2017
• 1. Bericht­erstatter:in: Anders, Hans-Joachim