低酸素に対する近位尿細管上皮細胞応答の転写調節におけるHIF-1アルファの役割

腎臓の上皮細胞は、虚血性急性腎不全（ARF）における低酸素損傷の主要な標的を表しています。ただし、基礎となる転写メカニズムは未定義のままです。この研究では、in vitroで低酸素にさらされたヒト近位尿細管上皮細胞（HK-2）は、ARFの上皮病理学を密接に反映した、非致死的ではあるが機能不全の表現型を示しました。低酸素症にさらされたHK-2細胞は、細胞死の非存在下での傍細胞透過性の増加、増殖の減少、緊密な接合部の完全性の喪失、および有意なアクチン分解を示しました。この反応の根底にあるトランスクリプトーム変化のマイクロアレイ分析により、低酸素依存性発現プロファイルを備えた48の遺伝子の明確なコホートが特定されました。この低酸素感受性クラスターの中には、以前に低酸素誘導因子-1（HIF-1）依存性（たとえば、血管内皮成長因子およびアドレノメドリン）として同定された遺伝子と、以前は低酸素反応であることが知られていなかった遺伝子（例：スタニオカルシン2）がありました。。低酸素症では、HIF-1は、これらの遺伝子のプロモーターとHREコンセンサスモチーフにおける進化的に保存された低酸素反応要素（HRE）に結合しました。HIF-1による転写調節に関連していないこれらの遺伝子のさらなるサブセットも存在し、代替のHIF-1非依存性経路を示唆しています。正常酸素におけるHIF-1アルファの過剰発現は、かなりの数の低酸素依存性遺伝子の発現を誘導しました。しかし、病態生理学的上皮反応を誘導しませんでした。要約すると、in vitroでの腎近位尿細管上皮細胞の低酸素誘発性の変化は、ARFの上皮の病態生理学によく似ています。私たちのデータは、このイベントはHIF-1依存性遺伝子転写に大きく依存している可能性があるが、別々の低酸素依存性転写調節因子も役割を果たす可能性が高いことを示しています。

Epithelial cells of the kidney represent a primary target for hypoxic injury in ischemic acute renal failure (ARF); however, the underlying transcriptional mechanism(s) remain undefined. In this study, human proximal tubular epithelial cells (HK-2) exposed to hypoxia in vitro demonstrated a non-lethal but dysfunctional phenotype, closely reflective of the epithelial pathobiology of ARF. HK-2 cells exposed to hypoxia demonstrated increased paracellular permeability, decreased proliferation, loss of tight junctional integrity, and significant actin disassembly in the absence of cell death. Microarray analysis of transcriptomic changes underlying this response identified a distinct cohort of 48 genes with a closely shared hypoxia-dependent expression profile. Within this hypoxia-sensitive cluster were genes identified previously as hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1)-dependent (e.g. vascular endothelial growth factor and adrenomedullin) as well as genes not previously known to be hypoxia-responsive (e.g. stanniocalcin 2). In hypoxia, HIF-1 bound to evolutionarily conserved hypoxia-response elements (HRE) in the promoters of these genes as well as to the HRE consensus motif. A further subset of these genes, not associated with transcriptional regulation by HIF-1, was also present, suggesting alternative HIF-1-independent pathways. Overexpression of HIF-1 alpha in normoxia induced the expression of a significant number of the hypoxia-dependent genes; however, it did not induce the pathophysiologic epithelial response. In summary, hypoxia-elicited alterations in renal proximal tubular epithelial cells in vitro closely resemble the epithelial pathophysiology of ARF. Our data indicate that although this event may rely heavily on HIF-1-dependent gene transcription, it is likely that separate hypoxia-dependent transcriptional regulators also play a role.