Des taux élevés de glucose induisent la transition épithélio-mésenchymateuse dans les cellules tubulaires proximales rénales via la voie PERK-eIF2α
La néphropathie diabétique (ND) est une cause majeure d’insuffisance rénale terminale, caractérisée par une atteinte glomérulaire et tubulo-interstitielle progressive. Bien que l’expansion mésangiale glomérulaire soit un marqueur bien établi, des preuves récentes soulignent le rôle central de la fibrose tubulo-interstitielle dans la progression de la ND. Dans ce contexte, la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) des cellules tubulaires rénales joue un rôle pivot. Lors de la TEM, les cellules épithéliales tubulaires perdent leurs marqueurs caractéristiques et acquièrent des caractéristiques mésenchymateuses, incluant une surexpression de l’α-smooth muscle actin (α-SMA), marqueur clé de l’activation des myofibroblastes. Cependant, les mécanismes liant l’hyperglycémie à la fibrose rénale induite par la TEM restent mal élucidés.
Le réticulum endoplasmique (RE) est central pour l’homéostasie protéique cellulaire. Des stress tels que l’hyperglycémie, le stress oxydatif ou l’hypoxie perturbent la fonction du RE, entraînant une accumulation de protéines mal conformées et déclenchant un stress du RE (SRE). Ceci active la réponse aux protéines mal conformées (UPR), médiée par trois capteurs transmembranaires du RE : PERK (protein kinase R-like ER kinase), IRE1 et ATF6. Dans des conditions physiologiques, PERK est lié à la chaperonne GRP78 et reste inactif. Durant le SRE, GRP78 se dissocie de PERK, permettant son auto-phosphorylation et son activation. PERK phosphoryle la sous-unité α du facteur d’initiation de la traduction eucaryote eIF2α, atténuant la synthèse protéique globale tout en favorisant sélectivement la traduction de gènes de réponse au stress. Un SRE persistant est impliqué dans les complications diabétiques, notamment la rétinopathie et la néphropathie, mais son rôle dans la TEM tubulaire au cours de la ND nécessite des investigations approfondies.
Cette étude a testé l’hypothèse que l’hyperglycémie induit la TEM dans les cellules tubulaires proximales rénales via la voie PERK-eIF2α. Des cellules épithéliales tubulaires proximales de rat (NRK-52E) ont été cultivées sous différentes conditions : glucose normal (5,6 mmol/L), glucose élevé (15, 25 ou 50 mmol/L), ou contrôle osmotique (5,6 mmol/L de glucose + 19,4 mmol/L de mannitol) pendant 24 à 48 heures. L’expression protéique de l’α-SMA, GRP78, PERK, PERK phosphorylée (p-PERK), eIF2α et eIF2α phosphorylée (p-eIF2α) a été analysée par Western blot. Pour préciser le rôle du SRE, les cellules ont été traitées avec de la thapsigargine (inductrice de SRE) ou du GSK2606414 (inhibiteur de PERK).
L’hyperglycémie induit l’expression d’α-SMA de manière dose- et temps-dépendante
L’exposition à un glucose élevé a significativement augmenté les niveaux d’α-SMA dans les cellules NRK-52E. À 48 heures, l’expression d’α-SMA a augmenté de manière dose-dépendante : 0,40 ± 0,02 (15 mmol/L), 0,45 ± 0,04 (25 mmol/L) et 0,53 ± 0,03 (50 mmol/L) contre 0,21 ± 0,01 dans les témoins (tous P < 0,01). Des expériences cinétiques ont montré que 25 mmol/L de glucose augmentaient l’α-SMA de 0,25 ± 0,01 à 24 heures à 0,38 ± 0,02 à 48 heures (P < 0,01 vs. témoins). Le mannitol, utilisé comme contrôle osmotique, n’a pas modifié l’α-SMA, confirmant que l’hyperglycémie—et non le stress osmotique—provoque la TEM.
L’hyperglycémie active les marqueurs de SRE via la voie PERK-eIF2α
Les protéines liées au SRE ont été analysées en parallèle. GRP78, une chaperonne clé du SRE, a augmenté de manière dose-dépendante sous glucose élevé (1,27 ± 0,09 à 15 mmol/L, 1,42 ± 0,07 à 25 mmol/L et 1,14 ± 0,06 à 50 mmol/L vs. 0,90 ± 0,09 chez les témoins ; P < 0,05). La phosphorylation de PERK et eIF2α a suivi des tendances similaires, avec un pic à 25 mmol/L (p-PERK : 0,77 ± 0,07 vs. 0,43 ± 0,06 ; p-eIF2α : 0,63 ± 0,05 vs. 0,37 ± 0,06 ; P < 0,01). Les niveaux totaux de PERK et eIF2α sont restés stables, indiquant une activation post-traductionnelle de l’axe PERK-eIF2α. Le mannitol n’a eu aucun effet, excluant une contribution osmotique.
L’induction du SRE reproduit la TEM induite par l’hyperglycémie
Pour tester si le SRE seul suffit à induire la TEM, les cellules ont été traitées avec de la thapsigargine (0,1–0,2 μmol/L pendant 24–48 heures). La thapsigargine a augmenté l’α-SMA de manière maximale à 0,1 μmol/L pendant 24 heures (0,80 ± 0,08 vs. 0,35 ± 0,03 chez les témoins ; P < 0,01), démontrant que le SRE promeut directement la TEM. Un co-traitement avec le GSK2606414 (100 nmol/L) a atténué cette augmentation (0,60 ± 0,03 vs. 0,91 ± 0,04 ; P < 0,01), confirmant l’implication de la voie PERK-eIF2α.
L’inhibition de PERK atténue la TEM induite par l’hyperglycémie
Un prétraitement avec le GSK2606414 (100 nmol/L) avant exposition au glucose élevé a supprimé la phosphorylation d’eIF2α (0,55 ± 0,09 vs. 0,92 ± 0,13 ; P = 0,001) et l’expression d’α-SMA (0,56 ± 0,04 vs. 0,85 ± 0,08 ; P = 0,001), établissant que la signalisation PERK-eIF2α est essentielle à la TEM induite par l’hyperglycémie.
Implications pour la néphropathie diabétique
Cette étude éclaire les mécanismes par lesquels l’hyperglycémie exacerbe la fibrose rénale via le SRE. En activant PERK-eIF2α, le glucose élevé promeut la TEM tubulaire, étape clé de la fibrose tubulo-interstitielle. Les effets dose- et temps-dépendants sur l’α-SMA et les marqueurs de SRE corroborent les observations cliniques de progression de la ND. L’absence d’effet du mannitol souligne la spécificité des effets glucotoxiques.
Si des études antérieures lient le SRE aux complications diabétiques, ce travail connecte de manière unique l’activation de PERK-eIF2α à la TEM tubulaire. Ces résultats cadrent avec des données montrant qu’un déficit en PERK aggrave la dysfonction des cellules β pancréatiques, tandis que l’inhibition du SRE atténue la fibrose rénale. La pertinence translationnelle est renforcée par l’utilisation du GSK2606414, un inhibiteur de PERK en développement clinique contre le cancer, qui a ici bloqué la TEM.
Perspectives et potentiel thérapeutique
Bien que cette étude se concentre sur PERK-eIF2α, d’autres voies de l’UPR (IRE1, ATF6) pourraient contribuer à la TEM et méritent des investigations. Des études in vivo sont nécessaires pour valider ces résultats dans des modèles diabétiques et explorer des thérapies ciblant conjointement le SRE et le métabolisme glucidique. L’inhibition pharmacologique de PERK ou des stratégies chaperonnes (ex. 4-PBA) pourraient atténuer les lésions tubulaires, offrant de nouvelles approches thérapeutiques pour la ND.
En conclusion, l’hyperglycémie induit une TEM dépendante du SRE dans les cellules tubulaires proximales rénales, principalement via la voie PERK-eIF2α. Ces résultats positionnent le SRE comme cible thérapeutique pour interrompre la fibrose dans la néphropathie diabétique.
DOI : doi.org/10.1097/CM9.0000000000000157