X-box binding protein 1 (XBP1): A key protein for renal osmotic adaptation: Its role in lipogenic program regulation

In renal cells, hyperosmolarity can induce cellular stress or differentiation. Both processes require active endoplasmic reticulum (ER)-associated protein synthesis. Lipid biosynthesis also occurs at ER surface. We showed that hyperosmolarity upregulates glycerophospholipid (GP) and triacylglycerol (GL-TG) de novo synthesis. Considering that massive synthesis of proteins and/or lipids may drive to ER stress, herein we evaluated whether hyperosmolar environment induces ER stress and the participation of inositol-requiring enzyme 1α (IRE1α)-XBP1 in hyperosmotic-induced lipid synthesis. Treatment of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells with hyperosmolar medium triggered ER stress-associated unfolded protein response (UPR). Hyperosmolarity significantly increased xbp1 mRNA and protein as function of time; 24 h of treatment raised the spliced form of XBP1 protein (XBP1s) and induced its translocation to nuclear compartment where it can act as a transcription factor. XBP1 silencing or IRE1α ribonuclease (RNAse) inhibition impeded the expression of lipin1, lipin2 and diacylglycerol acyl transferase-1 (DGAT1) enzymes which yielded decreased GL-TG synthesis. The lack of XBP1s also decreased sterol regulatory element binding protein (SREBP) 1 and 2. Together our data demonstrate that hyperosmolarity induces IRE1α → XBP1s activation; XBP1s drives the expression of SREBP1 and SREBP2 which in turn regulates the expression of the lipogenic enzymes lipin1 (LPIN1) and 2 (LPIN2) and DGAT1. We also demonstrated for the first time that tonicity-responsive enhancer binding protein (TonEBP), the master regulator of osmoprotective response, regulates XBP1 expression. Thus, XBP1 acts as an osmoprotective protein since it is activated by high osmolarity and upregulates lipid metabolism, membranes generation and the restoration of ER homeostasis.Fil: Casali, Cecilia Irene. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Malvicini, Ricardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería. Fundación Favaloro. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería; ArgentinaFil: Erjavec, Luciana Cecilia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Parra, Leandro Gastón. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Artuch, Ayelen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Fernández Tome, María C.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Molecular mechanisms underlying resveratrol effect on renal osmoprotection: modulation of COX-2 expression

Resveratrol (RSV) is a polyphenol naturally present in several plants. Nowadays it is sold as an over-the-counter dietarysupplement due to its antioxidant, anti-inflammatory and antitumoral effects. Paradoxically, it has been documented that RSVmay also present pro-oxidizing and pro-proliferative effects. In fact, some studies suggest that RSV treatment can result inopposite effects depending on the cell type, its concentration, or the treatment time. Particularly in renal tissue, animal injurymodels described RSV beneficial effects, while studies with chronic intake of RSV observed nephrotoxicity. Hence, RSVeffects on renal tissue are still controversial. Due to the urinary concentrating mechanism, renal medullary interstitium presentsan elevated osmolality that can abruptly change depending on the hydric state of the body, reaching values up to 800-1200mOsm/kg H2O. To survive in this environment, renal cells activate protective pathways. We have demonstrated that renalepithelial cell line MDCK undergoes an adaptive process during the first 24h of hyperosmolarity, in which the transcription ofthe osmoprotective gene cyclooxygenase 2 (COX-2) is activated, among others. After 48h these cells are already adapted andbegin to differentiate, acquiring a polarized epithelium morphology. In this work we evaluate RSV effect on adaption anddifferentiation mechanisms, focusing particularly on COX-2 role. To do this, MDCK cells were pretreated with differentconcentrations of RSV (1, 5, 10, 25 µM) and cultured in hyperosmolar medium (~512 mOsm/kg H2O) for 24 and 48h. Cellswere harvested to obtain cell number and viability. Cell cycle, immunofluorescence (IF), western blot and RT-PCR analysiswere performed. We found that RSV significantly decreased cell number in a concentration-dependent manner at 24 and 48h.Cell cycle analysis revealed that RSV increased S-phase and Sub-G0 cell population. In addition, treated cells did not reachtypical epithelium morphology. COX-2 mRNA and protein levels were surprisingly upregulated by RSV at 24 and 48h, andIF revealed an accumulation of the protein in cytoplasmic granules. To investigate the pathways leading to this upregulation,we indirectly evaluated TonEBP, NF-κB and ERK1/2 pathways, which are activated by hyperosmolarity; and SIRT1implication, a target of RSV. TonEBP target genes mRNA did not show any significant change under RSV treatment, whileNF-κB target gene mRNA presented an increase similar to that of COX-2 mRNA. Moreover, NF-κB IF revealed an increasein its nuclear localization. Regarding ERK1/2, treatment with ERK1/2 selective inhibitor (U0126) completely blocked COX2 protein expression. These results suggest that in renal cells RSV pretreatment decreased cell number and impeded typicalcell morphology acquisition; but it increased COX-2 expression, possibly through NF-κB and ERK1/2 activation.Fil: Erjavec, Luciana Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Parra, Leandro Gastón. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Morel Gómez, Emanuel Dario. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Lampropulos, T.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Casali, Cecilia Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Fernandez, Maria del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaLVII Annual Meeting of the Argentine Society for Biochemistry and Molecular Biology Research and XVI Annual Meeting of the Argentinean Society for General MicrobiologyVirtualArgentinaSociedad Argentina de Investigación Bioquímica y Biología MolecularAsociación Civil de Microbiología Genera

XBP-1 regulation of arachidonic acid and glicerolipids metabolism in renal epithelial cells under osmotic stress

Hyperosmolarity is a key controversial signal for renal cells. Under physiological conditions, it induces renal celldifferentiation and maturation of urine concentrating system. However, abrupt changes in environmental osmolarity may also induce cell stress that can lead to death. To adapt and survive in such adverse conditions, renal cells implement differentosmoprotective mechanisms that includes both the upregulation of cyclooxygenase-2 (COX-2) expression and prostaglandins(PGs) synthesis from arachidonic acid (AA), and a coordinated increase in phospholipids (PL) and triacylglycerides (TAG)biosynthesis. We previously shown that hyperosmolarity induces ER stress and activates the unfolded protein response (UPR)in Madyn Darby Canine Kidney Cells (MDCK) through IRE1α-XBP1s pathway, and that XBP1s modulates lipid synthesisregulating lipogenic enzymes expression. In the present work we evaluated how XBP1s modulates phospholipase A2(PLA2)/COX-2/PGs pathway and its relationship with lipid synthesis induction under osmotic stress. MDCK cells weresubjected to hyperosmolarity (298-512 mOsm/kg H2O) for different periods of time (0, 12, 24 and 48 h) and treated withdifferent PLA2 (cPLA2, iPLA2 and sPLA2) and IRE1α inhibitors. RT-PCR studies showed that hyperosmolarity increasedcPLA2 expression at 24 and 48 h but did not upregulate iPLA2 expression. Inhibition of cPLA2 but not iPLA2 nor sPLA2prevented hyperosmolarity-induced lipid synthesis and lipid droplets accumulation. Furthermore, IRE1α RNase activityinhibition was accompanied by a decrease in cPLA2 and COX-2 but not in iPLA2 expression evaluated by RT-PCR. Instead,western blot analysis showed a significant increase in COX-2 protein levels when xbp1 (u) splicing was blocked by IRE1αinhibitor. Our findings suggest that the UPR modulates glycerolipids metabolism under osmotic stress by regulatingcPLA2/COX-2/PGs axis.Fil: Parra, Leandro Gastón. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Casali, Cecilia Irene. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Erjavec, Luciana Cecilia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Morel Gómez, Emanuel Dario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaFil: Setton, Clara Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Fernandez, Maria del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Biología Celular y Molecular; ArgentinaLVII Annual Meeting of the Argentine Society for Biochemistry and Molecular Biology Research and XVI Annual Meeting of the Argentinean Society for General MicrobiologyVirtualArgentinaSociedad Argentina de Investigación Bioquímica y Biología MolecularAsociación Civil de Microbiología Genera

TAG synthesis and storage under osmotic stress. A requirement for preserving membrane homeostasis in renal cells

Hyperosmolarity is a controversial signal for renal cells. It can induce cell stress or differentiation and both require an active lipid metabolism. We showed that hyperosmolarity upregulates phospholipid (PL) de novo synthesis in renal cells. PL synthesis requires fatty acids (FA), usually stored as triglycerides (TAG). PL and TAG de novo synthesis utilize the same initial biosynthetic route: sn-glycerol 3P (G3P) → phosphatidic acid (PA) → diacylglycerol (DAG). In the present work, we evaluate how such pathway contributes to PL and TAG synthesis in renal cells subjected to hyperosmolarity. Our results show an increase in PA and DAG formation under hyperosmotic conditions; augmented DAG production, due to lipin enzyme activity, lead to the increase of both TAG and PL. However, at early stages (24 and 48 h), most of the de novo synthesized DAG was directed to PL synthesis; longer treatments downregulated PL synthesis and the DAG formed was mainly driven to TAG synthesis. Hyperosmolarity induced ACC and FASN transcription which mediated FA de novo synthesis. New FA molecules were stored in TAG. Silencing experiments revealed that hyperosmotic-induction of lipin-1 and -2 was mediated by SREBP1. Interestingly, SREBP1 knockdown also dropped SREBP2, indicating a modulatory action between both isoforms. Impairing SREBP activity leads to a decline in TAG levels but not PL. Membrane homeostasis is maintained through the adequate PL synthesis and renewal and constitute a protective mechanism against hyperosmolarity. The present data reveal the relevance of TAG synthesis and storage for PL synthesis in renal cells.Fil: Weber, Karen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Casali, Cecilia Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Gaveglio, Virginia Lucía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Bahía Blanca. Universidad Nacional del Sur. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Bahía Blanca; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia; ArgentinaFil: Pasquaré, Susana Juana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Bahía Blanca. Universidad Nacional del Sur. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Bahía Blanca; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia; ArgentinaFil: Morel Gómez, Emanuel Dario. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Parra, Leandro Gastón. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Erjavec, Luciana Cecilia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Perazzo, Cecilia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas; ArgentinaFil: Fernandez, Maria del Carmen. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin