Guanidinyliertes Apolipoprotein C3 verursacht vaskuläre und renale Schädigung

Abstract

Chronische Nierenerkrankungen und kardiovaskuläre Erkrankungen zählen in der westlichen Bevölkerung zu den häufigsten Todesursachen und sind in der Allgemeinbevölkerung weit verbreitet. Die Erforschung der pathophysiologischen Grundlagen der Entstehung und der Progression von chronischen Nierenerkrankungen und kardiovaskulären Erkrankungen, insbesondere im Zusammenhang mit Inflammation, sind von großem Interesse. In bisherigen Publikationen konnte gezeigt werden, dass Apolipoprotein C-III einen alternativen Signalweg des NLR family pyrin domain containing 3 Inflammasoms in humanen Monocyten aktiviert und dadurch sterile Inflammation induziert. Des Weiteren konnte in verschiedenen Vorpublikationen die Relevanz von posttranslationalen Modifikationen als wesentlichen Faktor bei verschiedenen pathophysiologischen Prozessen und der Entstehung von Inflammation gezeigt werden. Deshalb war es Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, ob auch Apolipoprotein C-III posttranslationale Proteinmodikationen aufweist und wie diese dessen (patho)physiologische Effekte modulieren. Wir konnten mithilfe der Massenspektroskopie eine posttranslationale Guanidinylierung von Lysinresten des Apolipoproteins C-III bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung nachweisen. Die Guanidinylierung von Apolipoprotein C-III verstärkt seine proinflammatorischen Effekte signifikant. Diesen Befund konnten wir nicht nur in Zellkultur in vitro nachweisen, sondern auch in vivo mithilfe von relevanten tierexperimentellen Krankheitsmodellen evaluieren. In etablierten Nieren- und Herzschädigungsmodellen konnten wir zeigen, dass guanidinyliertes Apolipoprotein C-III bei Organschädigung in der Niere akkumuliert. Außerdem konnten wir in humanisierten Mäusen in einem vaskulären Schädigungsmodell und einem Nierenfibrosemodell zeigen, dass guanidinyliertes Apolipoprotein C-III die vaskuläre Regeneration hemmt und Nierenschädigung aggraviert. Letztlich konnte die klinische Relevanz der experimentellen Entdeckungen in der prospektiven klinischen CARE FOR HOME-Studie bei 543 Patienten mit chronischer Nierenerkrankung bestätigt werden. Es bestand eine signifikante Assoziation zwischen der massenspektroskopisch gemessenen Intensität an guanidinyliertem Apolipoprotein C-III und dem Erreichen von kardiovaskulären und renalen Endpunkten sowie dem Mortalitätsrisiko der Patienten. Zusammenfassend zeigt die Studie in der posttranslationalen Guanidinylierung von Apolipoprotein C-III einen proinflammatorischen Prozess von klinischer Relevanz, der bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung auftritt. Guanidinyliertes Apolipoprotein C-III stellt dabei nicht nur einen potentiellen diagnostischen Biomarker zur Evaluation der Prognose von Patienten mit chronischer Nierenerkrankung und kardiovaskulären Erkrankungen dar, sondern ist durch seine proinflammatorische Wirkung mit Aggravierung einer Organschädigung, auch ein potentielles therapeutisches Target in der Behandlung von Patienten mit chronischer Nierenerkrankung.

Abstract Chronic kidney disease and cardiovascular disease are among the leading causes of death in the Western populations and are highly prevalent in the general population. Studying the pathophysiological events in the development and progression of chronic kidney disease and cardiovascular disease, particularly in the context of inflammation, is of great interest. Previous publications have shown that apolipoprotein C-III activates an alternative signalling pathway of the NLR family pyrin domain containing 3 inflammasome in human monocytes and, thereby, induces sterile inflammation. Furthermore, several previous publications have demonstrated the relevance of post-translational protein modifications as a major factor in various pathophysiological processes and the development of inflammation. The aim of the present study was to screen apolipoprotein C-III for the presence of posttranslational protein modifications and to study on how they modulate its (patho)physiological effects. Using mass spectroscopy, we identified posttranslational guanidinylation of lysine residues of apolipoprotein C-III in patients with chronic kidney disease. We have demonstrated that guanidinylation of apolipoprotein C-III significantly potentiates its proinflammatory effects in vitro in cell culture experiments as well in vivo using relevant murine disease models. In established kidney and heart injury models, we demonstrated that guanidinylated apolipoprotein C-III accumulates within kidney upon organ injury. Furthermore, using humanized mice in a vascular injury model and a model for kidney fibrosis, we demonstrated that guanidinylated apolipoprotein C-III inhibits vascular regeneration and aggravates renal injury. Finally, the clinical relevance of the experimental findings was confirmed in the prospective CARE FOR HOME clinical trial including 543 patients with chronic kidney disease. There was a significant association between the mass spectroscopically measured intensity of guanidinylated apolipoprotein C-III and the occurrence of cardiovascular and renal endpoints, as well as the risk of mortality in chronic kidney disease patients. In conclusion, this study reveals that posttranslationally guanidinylated apolipoprotein C-III triggers proinflammatory effects of clinical relevance occuring in patients with chronic kidney disease. Guanidinylated apolipoprotein C-III does not only represent a diagnostic biomarker for the evaluation of the prognosis of patients with chronic kidney disease, but also a potential therapeutic target for the treatment of patients with chronic kidney disease.