L-Carnosin verhindert die Akkumulation von extrazellulärer Matrix unter HochGlucose über Modifikation des TGF-β Systems

Fragestellung: Die Vulnerabilität von Diabetikern eine diabetische Nephropathie (DN) zu entwickeln ist u.a. genetisch festgelegt. Wir konnten das Gen CNDP-1 (Serum Carnosinase) identifizieren, dessen Polymorphismus im Signalpeptid mit der Empfänglichkeit für DN assoziiert ist. Patienten, die homozygot für die kürzeste allelische Form (Mannheim Allel) des Gens sind, entwickeln seltener eine diabetische Nephropathie. Diese allelische Form geht mit niedriger Aktivität des Enzyms einher und führt somit zu höheren Carnosin (L-Carn) Spiegeln. Durch welchen Mechanismus L-Carn protektiv wirkt ist bisher nur unzureichend geklärt. Das Signalmolekül TGF-β spielt bei der Entwicklung der DN eine Schlüsselrolle. Es verursacht u.a die Akkumulation von extrazellulärer Matrix (EZM), einem der Merkmale der DN. In der gegenwärtigen Studie untersuchen wir, ob L-Carn in humanen Mesangialzellen (MC) Einfluss auf TGF-β und seine Signalwege hat.

Methodik: Humane MC wurden für 14 Tage in Standardmedium±25mM Glucose±20mM L-Carnosin gezüchtet. In den Zellüberständen wurden die TGF-β Konzentrationen mittels Bioassay gemessen. Des Weiteren wurde die Produktion von EZM (Fibronektin (FN) und Collagen VI (Col6)) durch quantitative PCR (LightCycler) bestimmt. Die Akkumulation der EZM wurde über indirekte Immunfluoreszenz bestimmt. Die TGF-β Signalwege wurden mithilfe von Western Blot des ALK1- (pSmad 1/5/8) und des ALK5 (pSmad 2) Signalweges untersucht.

Ergebnisse: HochGlucose induziert die FN- und Col6-Ablagerung um den Faktor 1,4 bzw. 1,6. Dieser Effekt konnte durch den Zusatz von L-Carn vollständig verhindert werden. Die Beobachtungen konnten auf mRNA Ebene bestätigt werden. Unter HochGlucose stieg die TGF-β Konzentration der Überstände von 1,5 auf 2,0ng/ml/10E6 Zellen an. Zusatz von L-Carn normalisierte die Werte (1,5ng/ml/10E6 Zellen; p<0,001). Ebenso konnte die Akkumulation von FN und Col6 unter direkter Stimulation mit TGF-β durch die Zugabe von L-Carn gehemmt werden. Die Stimulation unter HochGlucose gezüchteter MC mit TGF-β zeigte eine Aktivierung sowohl von pSmad 1/5/8 als auch von pSmad 2, wobei die pSmad 2 Aktivierung überwiegte. L-Carn reduzierte hierbei die Aktivierung von pSmad 2. Die exogene Inhibierung des ALK5 Signalwegs verhinderte die Akkumulation von Col6.

Schlussfolgerungen: Unsere Daten zeigen, dass L-Carn die Akkumulation der extrazellulären Matrix auf zwei Wegen verhindert: Zum Einen normalisiert es erhöhte TGF-β Spiegel und zum Anderen reduziert L-Carn die Aktivierung des profibrotischen ALK5 Signalweges.