Hintergrund & Fragestellung: Hyperphosphatämie als Resultat einer eingeschränkten renalen Exkretionsfunktion ist ein häufiges Phänomen bei Patienten mit chronischer Nierenkrankheit. Eine entscheidende nachteilige Wirkung dieser besteht in der Ausbildung und Unterhaltung der medialen Gefäßverkalkung. Dabei kommt es unter anderem zu einer osteo-/chondrogenen Transdifferenzierung der glatten Gefäßmuskelzellen. Die komplexen Signalwege, die diese Transformation verursachen, sind bisher nur unzureichend verstanden. Diese Studie untersucht die Rolle der zytosolischen Serin Hydroxymethyl Transferase 1 (SHMT1) bei der Kalzifikation glatter Gefäßmuskelzellen. Methodik: Die Experimente wurden an Zellkulturen von humanen glatten Gefäßmuskelzellen der Aorta (HAoSMCs) durchgeführt. Hier wurde die endogene SHMT1-Expression mittels Silencing-RNA unterdrückt und die Zellen mit und ohne Phosphat sowie Antioxidantien behandelt. Messungen der mRNA Expression verschiedener Verkalkungs-Marker wurden mittels quantitativer RT-PCR Technik realisiert. Ergebnisse: Phosphatbehandlung führte zu einem Anstieg der SHMT1-mRNA Expression in HAoSMCs. Das Silencing von SHMT1 ging mit einem deutlichen Anstieg der mRNA Expression typischer Marker osteo-/chondrogener Transdifferenzierung (CBFA1, MSX2, ALPL) einher. Außerdem konnte ein mRNA Anstieg charakteristischer Marker von oxidativem Stress, namentlich NOX4 und CYBA als Bestandteile des NADH/NADPH-Oxidase Systems, die Matrix-Metalloproteinase MMP2 sowie Marker der Apoptose (BAX/BCL2-Ratio) in SHMT1-defizienten HAoSMC-Kulturen detektiert werden. Schließlich konnte die Zugabe der Antioxidantien TEMPOL bzw. Tiron die durch das SHMT1-Silencing verstärkte mRNA-Expression osteogener Marker aufheben. Fazit: Reduktion von SHMT1 durch Silencing führt zu einer verstärkten osteo- und chondrogenen Transdifferenzierung der glatten Gefäßmuskelzellen, erkennbar an einem veränderten Expressionsmuster. Diese Vorgänge können zumindest teilweise auf verstärkten oxidativen Stress in diesen Zellen zurückgeführt werden. Berücksichtigt man die Zunahme der SHMT1-Expression unter Hyperphosphatämie-Bedingungen, scheinen die vorliegenden Ergebnisse eine protektive Rolle von SHMT1 in der Regulation der Phosphat-getriggerten medialen Verkalkung anzudeuten.
Background & aims: Hyperphosphatemia is a frequent condition in patients with chronic kidney disease due to impaired renal excretion function. Amongst the multifaceted adverse effects of hyperphosphatemia, medial vascular calcification takes a crucial role. Therein, osteo-/chondrogenic transdifferentiation of vascular smooth muscle cells has been identified as one of the main elements, though the regulating pathways are still incompletely understood. This study aims to investigate the role of cytosolic serine hydroxymethyl transferase 1 (SHMT1) in the process of phosphate-triggered vascular calcification. Methods: Primary human aortic smooth muscle cells (HAoSMCs) were transfected with silencing-RNA (siRNA) to suppress the endogenous SHMT1 expression. Thereafter, cells were treated with or without phosphate or additional antioxidant administration and specific mRNA expression was measured using quantitative RT-PCR. Results: Phosphate up-regulated SHMT1 expression in HAoSMCs. Silencing of SHMT1 was followed by increased expression of markers of osteo-/chondrogenic transdifferentiation (CBFA1, MSX2, tissue-nonspecific alkaline phosphatase (ALPL)). Compared to negative control siRNA transfected HAoSMCs, SHMT1 deficient cells displayed augmented mRNA expression of markers for oxidative stress and apoptosis. This was shown by increased mRNA expression of components of NADH/NADPH oxidase system (NOX4, CYBA) and enzymes capable of degrading extracellular matrix (matrix metalloproteinase MMP2) in SHMT1-silenced cells. Furthermore, SHMT1-silenced cells exhibited an up-regulated BAX/BCL2 mRNA ratio. Additional antioxidant treatment (TEMPOL, Tiron) was able to ameliorate the SHMT1-silencing induced increase of osteogenic markers mRNA expression. Conclusions: Reduction of endogenous SHMT1-expression by silencing augments expression of transdifferentiation markers in vascular smooth muscle cells. These effects involve, at least in part, increased oxidative stress. Since phosphate up-regulated SHMT1, these observations indicate a protective role of SHMT1 during phosphate induced medial vascular calcification.
