LOX is a crosslinking enzyme that plays a key role in the
maturation and functionality of the retinal vascular basement membrane.
LOX enzyme catalyzes oxidative deamination of peptidyl lysine and
hydroxylysine residues in secreted collagen precursors, and lysine
residues in elastin. These aldehydes spontaneously undergo condensation
reactions that result in normal mature and functional extracellular
matrices. Excess LOX-dependent cross-linking contributes to excess
extracellular matrix accumulation in fibrotic diseases.
Our previous study reported LOX overexpression in the retina of
diabetic rats. However, the changes of LOX in the cells and the effect of
these changes on cell activity are unknown. Therefore, in this study, we
evaluated LOX expression, activity, distribution change and effect of this
change on cell permeability and apoptosis in rat retinal endothelial cells
under high glucose condition.
46 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 19/02/2022 | Lượt xem: 354 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu thay đổi Lysyl oxidase của tế bào nội mô mạch máu võng mạc ở môi trường nồng độ glucose cao, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
nhóm tế bào nuôi cấy trong môi trường bình thường (63 ± 8% nhóm
đối chứng, p<0.05, n=6). Thêm vào đó, khi các tế bào nuôi cấy trong môi
trường glucose nồng độ cao được ủ với LOXsiRNA hoặc BAPN, hoạt
động AKT tăng rõ ràng (87 ± 8% nhóm đối chứng, và 76 ± 10% nhóm
đối chứng, tương ứng, p<0.05, n=6).
* Tác động của thay đổi mức độ biểu hiện LOX tới hiện tượng chết tế
bào theo chương trình
0
100
200
300
400
16
Số lượng tế bào chết/1000 tế bào tăng rõ rệt trong môi trường
nồng độ glucose cao so với môi trường bình thường (4.68 ± 0.9 và 1.48
± 0.32, tương ứng, p<0.05, n=6) và giảm khi tế bào được ủ LOXsiRNA
(2.78 ± 0.37, p<0.05, n=6). Tương tự như vậy, với thử nghiệm BAPN,
môi trường nồng độ cao có ủ BAPN ức chế hoạt động của LOX, số lượng
tế bào chết/1000 tế bào giảm đáng kể so với nhóm tế bào nuôi cấy trong
môi trường nồng độ cao đơn thuần (2.85 ± 0.34 và 4.38 ± 0.84, tương
ứng, p<0.05, n=6).
3.3. Sự thay đổi mức độ bám dính của LOX với protein chất nền
ngoại bào tại tế bào nội mô mạch máu võng mạc trong môi trường
nồng độ glucose cao
3.3.1. Thay đổi sự bám dính của LOX với protein chất nền ngoại bào
3.3.1.1. Trong protein toàn phần
Nghiên cứu chỉ ra sự tăng đáng kể lượng LOX liên kết với Coll
IV và FN trong protein toàn phần của các tế bào được nuôi cấy trong môi
trường nồng độ glucose cao so với nhóm tế bào nuôi cấy trong môi trường
bình thường (144±12% nhóm đối chứng và 168±11% nhóm đối chứng,
p<0.05, n=6).
3.3.1.2. Trong protein chất nền ngoại bào
Lượng LOX liên kết với Coll IV và FN trong protein chất nền
ngoại bào tăng rõ rệt ở các tế bào nuôi cấy trong môi trường nồng độ
glucose cao (138±20% nhóm đối chứng và 156±21% nhóm đối chứng,
tương ứng, p<0.05, n=6).
3.2.2. Thay đổi mật độ liên kết của LOX với protein chất nền ngoại bào
3.3.2.1. Trong protein toàn phần
17
Mật độ LOX liên kết với Coll IV và FN trong protein toàn phần tăng
rõ rệt ở các tế bào nuôi cấy trong môi trường nồng độ glucose cao (192±21%
nhóm đối chứng, và 183±19% nhóm đối chứng, tương ứng, p<0.05, n=6).
3.3.2.2. Trong protein chất nền ngoại bào
Mật độ LOX liên kết với Coll IV và FN trong protein chất nền
ngoại bào tăng đáng kể ở các tế bào nuôi cấy trong môi trường nồng độ
glucose cao (143±10% nhóm đối chứng và 158±15% nhóm đối chứng,
tương ứng, p<0.05, n=6).
Chương 4: BÀN LUẬN
4.1. Sự thay đổi mức độ biểu hiện của LOX tại tế bào nội mô mạch
máu võng mạc chuột trong môi trường nồng độ glucose cao
4.1.1. Thay đổi mức độ biểu hiện của LOX
Màng đáy mao mạch dày lên từ lâu đã được phát hiện trong bệnh
võng mạc đái tháo đường và được chứng minh có liên quan đến cơ chế
bệnh sinh của bệnh này. Điều nghịch lý là màng đáy mao mạch dày lên
lại gây tăng rò rỉ mạch máu trong bệnh võng mạc đái tháo đường. Để giải
thích cho hiện tượng này, các báo cáo đã đề xuất rằng có sự thay đổi các
liên kết chéo giữa các thành phần của màng đáy gây ảnh hưởng đến quá
trình hình thành và cấu trúc của màng đáy, do đó tổn hại hàng rào mạch
máu võng mạc. Nghiên cứu của Lucero, Rodriguez và Nishioka cho thấy
rằng tính toàn vẹn của màng đáy và cấu trúc chất nền ngoại bào đòi hỏi
lượng thích hợp liên kết chéo phụ thuộc LOX.
LOX là một enzym liên kết chéo đóng vai trò thiết yếu trong sự
phát triển và trưởng thành của màng đáy. LOX điều hoà quá trình hình
thành liên kết cộng hoá trị giữa các sợi collagen tạo thành dạng collagen
không bị hoà tan và có độ bền kéo cần thiết cho chức năng của mô liên
kết bình thường, từ đó tạo nên lớp chất nền ngoại bào bền vững. Tuy
nhiên, nếu các liên kết chéo này quá nhiều có thể dẫn đến dày và tổn hại
18
chức năng màng đáy do hình thành các bó sợi collagen bất thường, gây
tích luỹ chất nền ngoại bào.
Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy có sự biểu hiện quá
mức enzym LOX ở võng mạc chuột mắc đái tháo đường. Tuy nhiên sự
thay đổi của LOX ở mức độ tế bào cũng như tác động của sự thay đổi đó
tới hoạt động của tế bào còn chưa biết rõ. Do đó trong nghiên cứu này, chúng
tôi đánh giá mức độ biểu hiện, hoạt động của LOX và tác động của sự thay
đổi này tới độ thẩm thấu tế bào và hiện tượng chết tế bào theo chương trình
ở tế bào nội mô mạch máu võng mạc trong điều kiện môi trường nồng độ
glucose cao.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng nồng độ glucose cao
ảnh hưởng đáng kể tới mức độ biểu hiện LOX. Đây là nghiên cứu đầu
tiên phân tích chi tiết tác động của nồng độ glucose trong môi trường nuôi
cấy tới mức độ biểu hiện của LOX ở bên trong và bên ngoài tế bào. Theo
đó, lượng LOX trong protein toàn phần tăng, trong khi lượng LOX quay
trở lại tế bào giảm sau khi nuôi cấy tế bào trong môi trường nồng độ
glucose cao. Thêm vào đó, nghiên cứu của chúng tôi cũng cho thấy tác
động của môi trường nồng độ glucose cao đối với mức độ biểu hiện LOX
ở môi trường ngoại bào có sự biến thiên theo thời gian. Ngoài ra môi
trường glucose cao cũng gây tăng mật độ LOX và hoạt động LOX. Sự rối
loạn này được điều chỉnh bởi các chất ức chế LOX như LOXsiRNA và
BAPN. Kết quả này củng cố thêm cho phát hiện trước đây là nồng độ
enzym LOX tăng ở võng mạc chuột mắc đái tháo đường và có sự tăng các
liên kết chéo phụ thuộc LOX ở collagen da trong đái tháo đường.
Hiện nay có rất ít thông tin liên quan đến biểu hiện LOX ở võng
mạc bệnh nhân đái tháo đường. Nghiên cứu gần đây trên mẫu dịch kính
bệnh nhân mắc võng mạc đái tháo đường tăng sinh biểu hiện tăng đáng
kể nồng độ LOX so với người không mắc bệnh đái tháo đường. Không
có sự khác biệt đáng kể về mức LOX trong dịch kính ở nam và nữ của cả
2 nhóm đái tháo đường và không đái tháo đường. Kết quả nghiên cứu này
phù hợp với các phát hiện của chúng tôi, thể hiện nồng độ glucose cao hoặc
19
đường huyết cao gây tăng mức biểu hiện LOX trong các tế bào nội mô mạch
máu võng mạc trên thí nghiệm và trong các tế bào mạch máu võng mạc ở
chuột đái tháo đường. Dịch kính được coi như bể chứa các chất trung gian
của quá trình viêm, hình thành tân mạch võng mạc và các phần khác của
mắt. Các nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện để xác định liệu mẫu
dịch kính của LOX có thể sử dụng như một chất chỉ điểm sinh học và hỗ
trợ trong sự xác định quá trình tiến triển bệnh võng mạc đái tháo đường.
Thêm nữa, nó cung cấp thông tin cơ bản cho các nghiên cứu sâu hơn để
xác định liệu ức chế LOX có thể là phương pháp hữu ích trong ngăn ngừa
tổn thương mạch máu võng mạc liên quan tới cơ chế bệnh sinh của bệnh
võng mạc đái tháo đường.
4.1.2. Thay đổi hoạt động của tế bào liên quan đến thay đổi mức độ
biểu hiện của LOX
4.1.2.1. Tác động của sự thay đổi mức độ biểu hiện của LOX tới độ thẩm
thấu tế bào
Các kết quả từ nghiên cứu này chỉ ra rằng sự biểu hiện quá mức
của LOX trong các tế bào nội mô mao mạch võng mạc liên quan đến môi
trường nồng độ glucose cao có liên quan đến tăng độ thẩm thấu tế bào và
thúc đẩy quá trình chết tế bào theo chương trình. Độ thẩm thấu của tế
bào tăng rõ rệt khi tế bào được nuôi cấy ở môi trường glucose nồng độ
cao và được điều chỉnh khi môi trường này được ủ thêm các chất ức chế
LOX như LOXsiRNA hoặc BAPN. Điều này chỉ ra hàm lượng và hoạt
động LOX có tác động tới độ thẩm thấu của tế bào. Sự dư thừa liên kết
chéo xúc tác bởi LOX hình thành các bó sợi collagen bất thường gây tổn
hại sự toàn vẹn siêu cấu trúc màng đáy. Từ đó gợi ý một cơ chế tiềm tàng
gây rò mạch võng mạc liên quan đến dày màng đáy trong bệnh võng mạc
đái tháo đường.
20
4.1.2.2. Tác động của sự thay đổi mức độ biểu hiện LOX tới hiện tượng
chết tế bào theo chương trình
Trong khi LOX được biết đến chủ yếu với vai trò hình thành các
liên kết chéo, các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, tăng lượng LOX có thể
khởi động hiện tượng chết tế bào theo chương trình. Kết quả nghiên cứu
của chúng tôi cũng cho thấy rằng LOX dư thừa góp phần gây chết tế bào
theo chương trình bằng cách tổn thương đường tín hiệu AKT. Đặc biệt là
khi lượng LOX được điều chỉnh về mức gần bình thường nhờ
LOXsiRNA hoặc hoạt động của LOX bị kìm hãm bởi BAPN, hoạt động
AKT được cải thiện rõ rệt. Những điều trên chỉ ra rằng có sự liên quan
mật thiết giữa sự biểu hiện của LOX và hoạt động AKT. Phát hiện này
củng cố thêm cho các nghiên cứu trước đó rằng LOX tăng quá mức làm
tổn hại hoạt động AKT góp phần gây chết tế bào theo chương trình.
Tương tự trên mô hình động vật trong nghiên cứu của Kim và cộng sự,
võng mạc của chuột đái tháo đường cũng biểu hiện tăng lượng LOX và
tổn hại hoạt động AKT. Ở chuột LOX +/- mắc đái tháo đường do tiêm
Streptozotocin, hoạt động AKT không bị tổn hại đáng kể.
Tóm lại, những phát hiện trên đây của chúng tôi chỉ ra rằng, môi
trường nồng độ glucose cao gây tăng hàm lượng và hoạt động của LOX
liên quan đến rối loạn chức năng tế bào nội mô mạch máu võng mạc và
tăng độ thẩm thấu tế bào quá mức. LOXsiRNA và BAPN có tác dụng ức
chế sự biểu hiện và hoạt động của LOX giúp bảo vệ hàng rào mạch máu
võng mạc. Do đó giảm mức độ biểu hiện của LOX có thể là một mục tiêu
đích tiềm năng trong ngăn ngừa các tổn thương liên quan đến bệnh võng
mạc đái tháo đường.
21
4.2. Sự thay đổi mức độ bám dính của LOX với protein chất nền ngoại
bào tại tế bào nội mô mạch máu võng mạc trong môi trường nồng độ
glucose cao
N: Môi trường bình thường. HG: Môi trường nồng độ glucose cao
Hình 3. Tác động của môi trường nồng độ glucose cao tới sự kết dính của
LOX với chất nền ngoại vào và LOX quay trở lại tế bào
!
1 ngày N
5 ngày N
7 ngày N
3 ngày N
!
Pro!LOX!
LOX!PP!
LOX!
!Tế!bào!
Chất!nền!
ngoại!bào!
1 ngày HG
5 ngày HG
7 ngày HG
3 ngày HG
22
Bất thường về hình thái của màng đáy mạch máu võng mạc của
bệnh nhân đái tháo đường phản ánh quá trình tái cấu trúc ít được biết đến.
Những bất thường cấu trúc này có thể là kết quả của sự dư thừa các liên
kết chéo biểu hiện bằng hiện tượng dày màng đáy mao mạch võng mạc,
một đặc trưng chủ yếu của bệnh võng mạc đái tháo đường. Sự tăng các
thành phần màng đáy như FN, Coll IV và laminin trong bệnh đái tháo
đường đã được biết rõ, và những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra vai trò của
nó trong tăng tính thấm mạch máu võng mạc. Bất thường màng đáy mạch
máu xảy ra do mất cân bằng quá trình tổng hợp và giáng hoá các thành
phần màng đáy. Trong bệnh võng mạc đái tháo đường, quá trình tổng hợp
tăng đáng kể so với quá trình giáng hoá các thành phần ngoại bào dẫn
đến lắng đọng các thành phần màng đáy, từ đó gây dày màng đáy.
Mặc dù LOX được xem như 1 enzym ngoại bào, các nghiên cứu
cũng phát hiện LOX ở bên trong nhân và bào tương. Vì LOX trưởng
thành di chuyển từ ngoài tế bào vào trong tế bào, nên trong nghiên cứu
này chúng tôi đánh giá liệu môi trường nồng độ glucose cao có làm rối
loạn quá trình này thông qua việc tăng kết dính giữa LOX với protein
chất nền ngoại bào. Phát hiện từ nghiên cứu chỉ ra rằng môi trường nồng
độ glucose cao kích thích kết dính giữa LOX với protein chất nền ngoại
bào (FN và Coll IV) bên ngoài tế bào và làm giảm lượng LOX trong tế
bào. Điều này tạo nên tín hiệu ngược gây tăng sản sinh LOX dẫn đến tăng
hàm lượng LOX gặp trong bệnh võng mạc đái tháo đường. Đây là nghiên
cứu đầu tiên chỉ ra cơ chế gây tăng lượng LOX trong các tế bào nội mô
mao mạch võng mạc do môi trường nồng độ glucose cao.
23
KẾT LUẬN
1. Sự thay đổi mức độ biểu hiện của LOX tại tế bào nội mô mạch máu
võng mạc chuột trong môi trường nồng độ glucose cao.
Hàm lượng LOX trong protein toàn phần và protein chất nền
ngoại bào tăng (145±10% nhóm đối chứng và 154±9% nhóm đối chứng,
tương ứng), trong khi hàm lượng LOX trong tế bào giảm (62 ± 9% nhóm
đối chứng). Hàm lượng LOX trong môi trường nuôi cấy tế bào có sự biến
thiên theo thời gian. LOX tăng nhẹ trong môi trường nồng độ glucose
cao 1 ngày (124±8% nhóm đối chứng) và 5 ngày (117±6% nhóm đối
chứng), tăng đáng kể trong môi trường glucose cao 3 ngày (158±11%
nhóm đối chứng) và giảm trong môi trường glucose cao 7 ngày
(78±5% của nhóm đối chứng). Hàm lượng LOX trở về gần mức bình
thường (116 ± 13% nhóm đối chứng) khi môi trường glucose cao được ủ
thêm LOXsiRNA.
Mật độ LOX trong protein toàn phần và protein chất nền ngoại
bào tăng (179±7% nhóm đối chứng và 160 ± 7% nhóm đối chứng, tương
ứng). Mật độ LOX được điều chỉnh (114 ± 6% nhóm đối chứng) khi môi
trường glucose cao được ủ thêm LOXsiRNA.
Hoạt động LOX tăng rõ rệt trong môi trường nồng độ glucose
cao (153±15% nhóm đối chứng). Hoạt động LOX được điều hoà (120 ±
9% nhóm đối chứng) khi môi trường glucose cao được ủ thêm BAPN.
Độ thẩm thấu tế bào tăng mạnh trong môi trường nồng độ glucose
cao (299±18% nhóm đối chứng) và giảm khi môi trường được ủ thêm
LOXsiRNA (114± 8% nhóm đối chứng) hoặc BAPN (132±14% nhóm đối
chứng)
Hiện tượng chết tế bào theo chương trình tăng rõ rệt trong môi
trường glucose cao so với môi trường bình thường (4.68 ± 0.9 tế bào
24
chết/1000 tế bào và 1.48 ± 0.32 tế bào chết/1000 tế bào, tương ứng) và
giảm đáng kể khi tế bào được ủ với LOXsiRNA (2.78 ± 0.37 tế bào
chết/1000 tế bào) và BAPN (2.85 ± 0.34 tế bào chết/1000 tế bào).
2. Sự thay đổi mức độ bám dính của LOX với protein chất nền ngoại
bào tại tế bào nội mô mạch máu võng mạc chuột trong môi trường
glucose cao.
Hàm lượng LOX liên kết với Coll IV và FN tăng đáng kể trong
protein toàn phần (144±12% nhóm đối chứng và 168±11% nhóm đối
chứng, tương ứng) và protein chất nền ngoại bào (138±20% nhóm đối
chứng và 156±21% nhóm đối chứng, tương ứng).
Mật độ LOX liên kết với Coll IV và FN tăng rõ rệt trong protein
toàn phần (192±21% nhóm đối chứng và 183±19% nhóm đối chứng, tương
ứng) và protein chất nền ngoại bào (143±10% nhóm đối chứng và
158±15% nhóm đối chứng, tương ứng).
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Những nghiên cứu tiếp theo cần được tiến hành để hiểu thêm về cơ
chế mối liên quan giữa các thành phần màng đáy với LOX và ảnh hưởng của
nó tới tính thấm mạch máu liên quan đến phá vỡ hàng rào mạch máu võng
mạc trong bệnh võng mạc đái tháo đường. Đặc biệt là, cần thực hiện những
nghiên cứu đánh giá hiệu quả lâu dài của giảm nồng độ LOX trong ngăn
ngừa các tổn thương mạch máu võng mạc do đái tháo đường trên động vật
và con người từ đó mở ra những phương pháp mới tiềm năng trong dự phòng
và điều trị bệnh võng mạc đái tháo đường.
25
B. TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾNG ANH
INTRODUCTION
2. Background
Diabetic retinopathy is the leading cause of blindness in the
working age population. Studies have shown that retinal vascular
basement membrane thickening is a histologic hallmark of diabetic
retinopathy and can promote vascular cell loss. Moreover,
overexpression of basement membrane components and subsequent
thickening of the BM has been shown to be closely associated with the
development of compromised blood-retinal barrier. Although histologic
and functional changes that accompany diabetic microangiopathy have
been well documented, specific intracellular and extracellular
mechanisms pertaining to these changes that lead progressively to
dysfunction of vessels as seen in diabetic retinopathy remain unclear.
Lysyl oxidase (LOX) is an extracellular enzyme that plays a
critical role in the development, maturation, and functionality of the
vascular BM. Study of Song indicated that LOX is upregulated in retinas
of diabetic rats and downregulation of LOX helps protect against retinal
damage due to diabetes. Furthermore, LOX expression
is regulated by hypoxia-inducible factors (HIFs), a key player in
promoting retinal neovascularization in advanced diabetic retinopathy.
Recent study on vitreous samples of diabetic patients expressed LOX
overexpression compared to normal people. However, the mechanism of
these disorders and LOX changes in the cells are unknown.
Therefore, we conducted the study "Research on Lysyl oxidase
changes of retinal vascular endothelial cells under high glucose
condition" with 2 purposes:
1. Assess LOX expression changes of rat retinal endothelial cells
under high glucose condition.
2. Analyze the change of LOX binding with extracelluar matrix
proteins in rat retinal endothelial cells under high glucose condition.
26
2. New discoveries of the study:
- This is the first study which completely analyzed the changes of LOX
and associated disorders in rat retinal endothelial cells under high glucose
condition.
- This study indicated that LOX was upregulated in total protein,
extracellular matrix protein, while LOX internalization reduced and LOX
in the media changed over time in rat retinal endothelial cells under high
glucose condition.
- The change of LOX results in increasing cell permeability and
promoting apoptosis. LOX inhibitors such as LOXsiRNA and BAPN
help prevent those damages.
- This study also indicated that the mechanism of these changes is the
increase of LOX bound to extracellular matrix protein. High glucose
condition enhances the binding of LOX and extracellular matrix protein
and reduces LOX internalization. This causes negative feedback and
results in LOX overexpression. These findings help improve the
knowledge of the pathogenesis of diabetic retinopathy and suggest future
study on detection and early treatment of this disease.
3. Thesis layout:
The thesis has 102 pages, including Background (2 pages), 4
chapters: Chapter 1: Overview (27 pages), Chapter 2: Objects and
methodology (23 pages), Chapter 3: Results (27 pages), Chapter 4:
Discussion (21 pages), and Conclusion (2 pages).
There are also: references, 15 appendices, tables, charts, images that
illustrate the results of experiments.
27
CHAPTER 1: OVERVIEW
1.1. Histological features of retinal capillary
Capillary wall is thin and has three layers including endothelial
cells, basement membrane and pericytes.
1.1.1. Endothelial cells
Endothelial cells form a single cell layer on the inner walls of the
capillary. Endothelial cells connect each other through gap junctions.
1.1.2. Basement membrane
Basement membrane is a thin layer with the thickness of
50nm, between endothelial cell layer and pericyte layer. Basement
membrane includes extracellar matrix proteins arranged in a highly
organized manner. Vascular basement membrane serves as a substratum
for cell attachment, provides a selective permeability barrier, and
regulates cell survival. The basement membrane consists of various
components that participate in the construction of the intricate basement
membrane architecture. Some of the major components are type IV
collagen (coll IV), fibronectin (FN), laminin, and heparan sulfate
proteoglycans.
1.1.3. Pericytes
Pericytes are perivascular cells imbedded within the basement
membrane of the endothelium of capillaries.
1.1.4. The changes of retinal cappillary in diabetic rats
In general, rats have been routinely used in many in vivo studies
since they are small in size and therefore easy to handle and inexpensive
to house. They also have relatively short life span that allows a shorter
experimental turnover time. More importantly, the availability of a
collection of transgenic and knockout mice allows researchers to study
the role of particular genes, which may even be cell type specific, in the
development and pathophysiological progression of diabetic retinopathy.
Indeed, mechanistic studies of diabetic retinopathy have been carried out
extensively in rat as these models share similar symptoms of early
diabetic retinopathy as in human. These damages include increased
astrocyte and glial cell number, decreased retinal arteriorlar and venular
blood flow rates, increased retinal vascular permeability, vascular
leakage, acellular capillary and pericyte loss.
28
1.2. Pathogenesis of retinal vascular damage associated with
hyperglycemia
Figure 1. The pathogenesis of diabetic retinopathy
1.3. Lysyl oxidase
Lysyl oxidase (LOX) is a crosslinking enzyme that plays a key
role in the stability of connective tissue and vascular. Previous studies
Mitochondrial
dysfunction
Gap junction
damage
Basement membrane
thickening
Apoptosis
Acellular capillary
Vascular leakage
Diabetic retinopathy
Diabetes
Hyperglycemia
29
have shown the role of LOX in the changes of extracellular matrix result
in fibrotic diseases in heart muscles, vascular, lung, skin, liver and
diabetic nephropathy.
1.3.1. Structure
LOX, also known as protein-lysine 6-oxidase, is an enzyme that
is encoded by the LOX gene in 5q23.3-31.2. LOX is secreted as a 50 kDa,
N-glycosylated proenzyme and then proteolytically cleaved to the
catalytically active, mature enzyme (LOX 32 kDa) and LOX-propeptide
18 kDa (LOX-PP). Each member of the LOX family has a highly
conserved carboxyl (C) terminal domain that contains a copper-binding
motif, lysine tyrosylquinone residues and a cytokine receptor-like
domain.
1.3.2. Location
LOX expression has been identified in several tissues, including
the skin, aorta, heart, lung, liver, cartilage, bone, kidney, retina, and brain.
In the eye, LOX has been found in trabecular network, cilliary body, lens
and retina. Mature LOX is secreted in extracellular environment and
binds with extracellular matrix to form crosslinking. On the other hand,
mature LOX has been shown to translocate from the extracellular
environment into the cytosol and concentrate within the nucleus.
1.3.3. Function
Many researches have shown the important role of LOX mediated
crosslinking enzyme in integrity and function of tissue, especially
vascular and connective tissue. LOX is also indicated to play an
importance role in the stability and intergrity of basment membrane.
Moreover, LOX promotes overexpression and secretion of vascular
endothelial growth factor (VEGF), therefore it may cause
neovascularization.
1.4. Research situation in Vietnam and in the world
Currently, in Vietnam, there are many researches on diabetic
retinopathy, but most of them focus on epidemiology, clinical features
and treatment. There are very few studies on pathogenesis of diabetic
retinopathy and there is no study on the changes of LOX. In the world,
there are some researches on the changes and effects of LOX in diabetes
30
and other diseases. According to the study of Erler, upregulation of LOX
in several invasive cancers has provided additional support for the
concept that a fibrotic matrix can be more permeable than a normal
matrix. Research of Le Pape examining glomerular basement membrane
collagen and LOX-mediated cross-links in experimental diabetes
reported that the ratio of dihydroxylysinonorleucine to
hydroxylysinonorleucine was increased, suggestive of altered cross-
linking in diabetes. Electron microscopic investigation of Ortoland has
revealed fine structural changes in the collagen fibrillar arrangement in
diabetes. These differences included increased packing density of
collagen fibrils, decreases in fibrillar diameter, and abnormal fibril
morphology showing collagen fibrils that appeared twisted, curved,
overlapping, and otherwise highly disorganized, suggestive of excess
crosslinking that is known to tighten collagen fibrils. Diameter
measurements on fibrils obtained during a time course of assembly have
demonstrated that a fibril diameter distribution are dependent on late-
stage assembly of fibrils that are in part regulated by LOX activity.
Researches have shown that stabilization, fibril assembly, and
polarity, essential components for functional integrity of the basement
membrane, depend largely on proper cross-linking of collagen.
Morphologic abnormalities of retinal capillary basement membrane of
diabetic individuals appear to reflect a process of structural remodeling.
These structural abnormalities may be the result of excessive cross-
linking represented by the thickened retinal capillary basement
membrane, one of the prominent characteristics of diabetic retinopathy.
According to research of Rodriguez and Lucero, excess cross-linking
mediated by LOX can lead to basement membrane thickening and
compromised functionality due to the formation of disorganized
assembly of the collagen fibrils, promoting abnormal extracellular matrix
accumulation in fibrotic diseases. Although perhaps counter-intuitive, a
study of Paszek have shown that an increase in stiffness of extracellular
matrices can enhance cell migration through an ECM in part by altering
integrin and cell surface receptor signaling complexes. Recently, our
study indicated that LOX is upregulated in the retina of diabetic rats and
LOX downregulation helps prevents diabetes-induced retinal vascular
damage. However, the information associated with LOX expression,
distribution and regulation in reti
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tom_tat_luan_an_nghien_cuu_thay_doi_lysyl_oxidase_cua_te_bao.pdf