DNA-binding protein-A promotes kidney ischemia/reperfusion injury and participates in mitochondrial function

Abstract

DNA-binding protein-A (DbpA; gene: Ybx3) belongs to the cold shock protein family with known functions in cell cycling, transcription, translation, and tight junction communication. In chronic nephritis, DbpA is upregulated. However, its activities in acute kidney injury models, such as renal ischemia/reperfusion injury (IRI), are unclear. To study this, mice harboring Ybx3+/+, Ybx3+/- or Ybx3-/- genotype were characterized over 24 months and following experimental kidney IRI. Mitochondrial function, number and integrity were analyzed by mito/glycolysis stress tests, MitoTracker staining, Western blot and electron microscopy. RNA-sequencing, immunohistochemistry, Western blot and flow cytometry were performed to quantify tubular cell damage, tissue scarring and immune cell infiltration. DbpA was found to be dispensable for kidney development and tissue homeostasis under healthy conditions. Furthermore, endogenous DbpA protein localizes within mitochondria in primary tubular epithelial cells (TECs). Genetic deletion of Ybx3 elevates the mitochondrial membrane potential, the lipid uptake and metabolism, the oxygen consumption rates (OCR) and glycolytic activities of TECs. Ybx3-/- mice demonstrated protection from IRI with less immune cell infiltration, endoplasmic reticulum (ER) stress, tubular cell damage and fibrosis. A presumed protective mechanism was identified via upregulated antioxidant activities and reduced ferroptosis, when Ybx3 was deleted. Thus, our studies reveal DbpA acts as a mitochondrial protein with profound adverse effects on cell metabolism and highlights a protective effect against IRI when Ybx3 is genetically deleted. Hence, preemptive DbpA targeting in situations with expected IRI, such as kidney transplantation or cardiac surgery, may preserve post-procedure kidney function.

Das DNA-bindende Protein-A (DbpA; Gen: Ybx3) gehört zur Familie der Kälteschockproteine und hat bekannte Funktionen beim Zellzyklus, der Transkription, der Translation und der tight junction Kommunikation. Bei der chronischen Nephritis ist DbpA hochreguliert, jedoch sind die Aktivitäten von DbpA bei akuten Krankheitsmodellen wie der renalen Ischämie/Reperfusion ungeklärt. Um dies zu untersuchen wurden Mäuse mit dem Genotyp Ybx3+/+, Ybx3+/- oder Ybx3-/- über einen Zeitraum von 24 Monaten und nach einer experimentellen Ischämie/Reperfusion der Nieren charakterisiert. Die mitochondriale Funktion, Anzahl und Integrität wurden durch Mito/Glykolyse-Stress-Tests, MitoTracker-Färbung, Western Blot und Elektronenmikroskopie analysiert. RNA-Sequenzierungsanalysen, immunhistochemische Färbung, Western Blot und Durchflusszytometrie wurden durchgeführt, um die Schädigung der Tubuluszellen, die Vernarbung des Gewebes und die Infiltration von Immunzellen zu quantifizieren. Es wurde festgestellt, dass DbpA für die Nierenentwicklung und die Gewebehomöostase unter gesunden Bedingungen entbehrlich ist. Darüber hinaus ist das endogene DbpA-Protein in primären Tubulusepithelzellen in Mitochondrien lokalisiert. Die genetische Deletion von Ybx3 erhöht das mitochondriale Membranpotenzial, die Lipidaufnahme und den Lipidstoffwechsel, die Sauerstoffverbrauchsrate und die glykolytische Aktivität der primären Tubulusepithelzellen. Ybx3-/- Mäuse zeigen einen Schutz vor Ischämie-/Reperfusionsschädigungen der Nieren mit einer geringeren Immunzellinfiltration, Stressantwort des Endoplasmatischen Retikulums, Tubuluszellschädigung und Fibrose. Ein mutmaßlicher Schutzmechanismus wurde durch eine erhöhte antioxidative Aktivität und einer verminderten Ferroptose identifiziert, wenn Ybx3 deletiert wurde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass DbpA als mitochondriales Protein fungiert, das tiefgreifende negative Auswirkungen auf die mitochondriale Aktivität hat. Zudem wird eine schützende Wirkung bei Ischämie/Reperfusion hervorgerufen, wenn Ybx3 genetisch entfernt wird. Daher kann eine präventive DbpA-Fokussierung in Situationen mit zu erwartender IRI, wie z. B. bei Nierentransplantationen oder Herzoperationen, die Nierenfunktion nach dem Eingriff erhalten.