The hyperglycemic memory in diabetic kidney: metabolic, molecular, and epigenetic marks

A nefropatia diabética (ND) é uma das complicações microvasculares do diabetes e consiste no dano ao parênquima renal por consequência de uma série de fatores hemodinâmicos e moleculares. A ocorrência de ND e de outras complicações mesmo em indivíduos sob adequado controle glicêmico tem sido associada a um fenômeno conhecido como memória metabólica. Neste trabalho foram investigadas vias bioquímicas e moleculares persistentemente alteradas no rim de animais diabéticos tratados após um período inicial de hiperglicemia, com o propósito de entender os mecanismos envolvidos na memória metabólica. Para tanto, ratos com diabetes induzida por estreptozotocina foram mantidos hiperglicêmicos durante 4 semanas (período curto) ou 12 semanas (período longo) e posteriormente tratados com insulina isoladamente ou combinada com metformina (100mg/kg/dia) durante as 4 (período curto) ou 12 (período longo) semanas seguintes. Todos os animais tratados tiveram os seus níveis glicêmicos e função renal normalizados. Os tratamentos também foram capazes de normalizar os níveis elevados de malonaldeído no rim, bem como a excreção aumentada dos adutos de DNA 8-oxo-2\'-desoxiguanosina (8-oxodG) e N2-carboxietil-2\'- desoxiguanosina (CEdG) na urina observados nos animais diabéticos. Níveis aumentados de 8-oxodG foram detectados em DNA mitocondrial (mtDNA), mas não em DNA nuclear, de animais diabéticos apenas no período curto de estudo e também foram normalizados após o controle glicêmico. Nós identificamos uma via gradualmente alterada durante o curso do diabetes que permanece persistentemente alterada após o controle glicêmico tardio. Essa via compreende um declínio precoce do clearance de ácido úrico e expressão da pAMPK, seguida pelo acúmulo de fumarato, expressão aumentada de TGF-β, expressão reduzida de PGC-1α e redução da metilação e hidroximetilação do mtDNA. A redução persistente do clearance de ácido úrico em animais diabéticos tratados pode sustentar as alterações bioquímicas renais prolongadas observadas após o controle glicêmico, e essa regulação é provavelmente mediada pela redução sustentada da expressão de pAMPK e pela indução de inflamação. Este trabalho propõe a primeira consideração do possível papel da hiperuricemia e das alterações bioquímicas subjacentes como parte da memória metabólica na nefropatia diabética.Diabetic nephropathy is one of the diabetes microvascular complications, and it consists on the damage to the renal parenchyma due to several hemodynamic and molecular factors. The occurrence of diabetic nephropathy and other complications even in those individuals under tight glycemic control has been associated to a phenomenon known as metabolic memory. Here we investigated biochemical and molecular pathways persistently altered in the kidney of diabetic animals treated after a previous period of hyperglycemia, aiming to understand underlying mechanisms in metabolic memory. Streptozotocin-induced diabetic rats were maintained hyperglycemic during 4 (short period) or 12 weeks (long period), and then they were treated with insulin alone or combined with metformin (100 mg/kg/day) for the following 4 or 12 weeks, respectively. All the treated animals had them glycemic levels and renal function normalized. The treatments were also able to control enhanced kidney malondialdehyde levels, as well as the increased urine excretion of the DNA adducts 8-oxo-2\'- deoxyguanosine (8-oxodG) and N2-carboxyethyl-2\'-deoxyguanosine seen in diabetic animals. Increased levels of 8-oxodG were detected in mitochondrial DNA, but not in nuclear DNA of diabetic animals in the short period, and were also recovered after glycemic control. We have identified a kidney pathway that is gradually altered during the course of diabetes and remains persistently changed after late glycemic control. This pathway comprises an early decline of uric acid clearance and pAMPK expression followed by fumarate accumulation, increased TGF-β expression, reduced PGC-1α expression, and downregulation of methylation and hydroxymethylation of mitochondrial DNA. The sustained decrease of uric acid clearance in treated diabetes may support the prolonged kidney biochemical alterations observed after tight glycemic control, and this regulation is likely mediated by the sustained decrease of AMPK activity and the induction of inflammation. This work proposes the first consideration of the possible role of hyperuricemia and the underlying biochemical changes as part of metabolic memory in diabetic nephropathy