Project

Discipline

oxysterols; Vitamin D metabolising enzymes; Vitamin D ; Athersoclerosis; Adenin-induced renal failure

Lead
Geneviève Escher
Lay summary
Contenu et objectifs du travail de recherche Il est bien établi que la vitamine D est impliquée dans de nombreux processus physiologiques, mais l’effet d’une carence en vitamine D dans le développement du syndrome métabolique et des maladies rénales chroniques est toujours matière à discussion. Notre alimentation occidentale, pauvre en vitamine D et riche en sucres et en graisses, conduit au développement du syndrome métabolique. Ce syndrome regroupe des facteurs de risques cardiovasculaires qui comprennent la résistance à l’insuline, la dyslipidémie, l’hypertension, l’obésité viscérale et les maladies coronariennes. Il augmente aussi le risque de développer une maladie rénale chronique. Les patients atteints de maladies rénales chroniques ont un besoin accru en vitamine D et présentent un profile lipidique pro-athérosclérotique. Le taux de carence en vitamine D est un fort prédicteur de l’évolution de la maladie et de la mortalité. Notre hypothèse est la suivante : dans le rein, le cholestérol est métabolisé en oxysterols et divers métabolites de la vitamine D par les enzymes CYP27A1 et CYP27B1, ce qui a comme effet d’améliorer le profile lipidique et d’empêcher le développement de l’athérosclérose. Chez les patients avec une insuffisance rénale, ce mécanisme est déficient, ce qui entraîne une augmentation des maladies cardiovasculaires. Contexte scientifique et social du projet de recherche Les carences en vitamine D se retrouvent dans différentes classes de la population: celles peu exposées au rayons UV du soleil et qui par conséquent synthétisent peu de vitamine D; celles avec un apport alimentaire en vitamine D trop faible ; celles enfin dont la fonction rénale est réduite, ce qui a pour conséquence la quasi impossibilité de produire du 1,25(OH)2D3, le métabolite actif de la vitamine D. En étudiant la régulation du métabolisme du cholestérol et de la vitamine D dans des souris prédestinées à développer de l’athérosclérose qui ont des reins normaux ou malades et qui expriment ou non les enzymes CYP27A1 et CYP27B1, nous espérons mieux comprendre les mécanismes qui engendrent les maladies cardiovasculaires chez les patients atteints de maladie rénale chronique. En parallèle, nous allons analyser dans différentes cultures cellulaires l’effet de la surexpression la CYP27A1 et CYP27B1 sur la production des différents métabolites du cholestérol et de la vitamine D  et ses conséquences sur la capacité à éliminer le cholestérol intracellulaire. Cette étude devrait nous permettre de mieux comprendre le rôle du rein dans le métabolisme de la vitamine D et la prévention contre les maladies cardiovasculaires. Elle pourrait à long terme mener à de nouvelles stratégies thérapeutiques visant l’activation des enzymes CYP27A1 et CYP27B1.

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Last update: 18.12.2018

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Despite the well-recognized role of vitamin (vit) D in a wide range of physiological process, vit D deficiency in the development of the metabolic syndrome (MetS) and chronic kidney disease (CKD) is still a matter of debate. Low levels of vit D are found in western diet (WD). This diet, also characterised by his high salt/high sugar and low potassium content, leads to the development of MetS, a major and worldwide clinical challenge. It includes a cluster of cardiovascular risk factors, comprising insulin resistance, dyslipidaemia, hypertension, visceral obesity, and coronary heart disease (1). MetS also increases the risk of developing CKD.In CKD patients, vit D deficiency is a strong predictor of accelerated renal disease progression and death (2). Higher amounts of vit D supplementation are required in CKD to achieve normal plasma 1,25(OH)2D3 values, the active compound that binds to vit D receptor (VDR), reflecting the importance of a functional kidney for vit D homeostasis. The synthesis of 1,25(OH)2D3 is a multistep process. It starts in the liver with the 25-hydroxylation of vit D3 into 25(OH)D3, a reaction catalysed by vit D 25-hydroxylase (CYP2R1) and sterol 27-hydroxylase (CYP27A1) (3). The next hydroxylation occurs in the kidney with the hydroxylation of 25(OH)D3 into 1,25(OH)2D3 by CYP27B1. Beside its role in vit D metabolism, CYP27A1 is also crucial for the regulation of cholesterol homeostasis and cholesterol efflux. CYP27A1 hydroxylates cholesterol at C27 into 27-hydroxycholesterol (27-OHC). CYP27A1 is also involved in bile acids (BAs) synthesis. It catalyses the first step of the alternative pathway and intermediate steps of the classic pathway initiated by CYP7A1 (4). 27-OHC, the most abundant oxysterol in the circulation, is markedly reduced in humans with cerebrotendinous xanthomatosis (CTX), a rare disease due to a loss of function mutation in the CYP27A1 gene. Cyp27a1+/- have increased body weight and hyperlipidaemia (5). Cyp27a1+/- with ApoE background (HET) suffer from tremendous atherosclerosis when fed a western diet (WD) (6). We hypothesise that local metabolism of cholesterol into oxysterols and vit D metabolites by CYP27A1 and CYP27B1 in the kidney have anti-atherosclerotic properties. In CKD patients, this local mechanism is missing and could be the cause for the increased cardiovascular mortality.To prove this, we will 1) cross Cyp27b1 KO mice with ApoE KO mice to create Cyp27b1/ApoE double KO (DKO) mice and compare their phenotype with ApoE KO and HET mice; 2) investigate the effect of vit D supplementation on cholesterol absorption and plasma lipids, oxysterols and vit D metabolites in these mice fed different diets relevant for the development of MetS (WD and low potassium diet (LKD)), 3) test whether vit D supplementation has an atheroprotective effect depending on Cyp27a1 or Cyp27b1 expression; 4) use the adenine induced nephropathy in our different mice models to study the contribution of the kidney for local cholesterol and vit D metabolism, and its effect on atherosclerosis development and blood pressure.In cell culture experiments we will investigate 1) the impact of CYP27A1 and CYP27B1 expression on oxysterols composition and vit D metabolism, using GCxGC-MS TOF and 2) dissect the crosstalk between CYP27A1, CYP27B1 and VDR activation, and its effect on cholesterol efflux in cell lines relevant for atherosclerosis and CKD.Understanding the role of CYP27A1 and CYP27B1 expression on the oxysterols and vit D metabolites signature and VDR signalling in kidney and extra-renal tissues, and their impact on atherosclerosis and CKD progression, is of high clinical interest. It also adds to the rationale of vit D supplementation. Furthermore, it could lead to the development of new therapeutic strategies targeting CYP27A1 or CYP27B1 and open up new horizons for the treatment of atherosclerosis and CKD.