Protective effects and mechanisms of MS-275 on lipotoxicity in C2C12 myocyte

Abstract

Histone deacetylase (HDAC) inhibitors, which regulate gene expression by inhibiting the deacetylation of histones and nonhistone proteins, have been shown to exert a wide array of biological effects: these include anti-cancer, anti-obesity, and anti-diabetes effects, as well as cardiovascular-protective activity. However, the effects of class I HDAC inhibition on lipotoxicity in C2C12 myotubes and skeletal muscle tissue remain poorly understood. In this study, we investigated the molecular mechanisms underlying the protective effects of class I HDAC inhibition under lipotoxic conditions, i.e., in palmitate (PA)-treated C2C12 myotubes. Palmitate treatment of C2C12 muscle cells increased HDAC3 protein expressions, increased inflammatory cytokine expressions, and insulin resistance. In contrast MS-275, a class I HDAC inhibitor, dramatically attenuated lipotoxicity, preventing PA-induced insulin resistance and inflammatory cytokine expressions. In addition, MS-275 increased mRNA expressions of PGC1-α and glucose transporter GLUT4, which act as transcriptional co-activators in the context of mitochondrial metabolism and bioproduction. In vitro, MS-275 improved insulin resistance, stress signal and TNF-α expressions. Taken together, these results suggest HDAC3 inhibition by MS-275 protect against lipotoxicity in C2C12 myotubes and skeletal muscle and may be effective for the treatment of obesity and insulin resistance.

비만은 지방이 체내에 과도한 지방축적에 의해 나타나는 현상이며, 비만은 내당능이상, 고지혈증, 고혈압 등의 다른 심혈관계 위험인자를 동반하며, 지방과다증, 이상지질증, 인슐린저항성 및 지방간과 같은 대사증후군과 밀접한 관련성이 있다. 히스톤디아세틸라제 억제제는 히스톤과 비 히스톤 단백질의 탈 아세틸 화를 억제하여 유전자 발현을 조절함으로서 다양한 생물학적 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 여기에는 항암, 항 비만 및 항 당뇨 효과는 물론 심혈관 보호 활동이 포함되는데 MS-275는 HDAC3 억제제에 속하는 약물이며, 갈색지방 조직 인자를 증가시켜 활성화시킨다고 알려져 있다. 그러나, MS-275가 C2C12 근육세포 및 골격근 조직의 지방독성에 미치는 영향은 아직 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 지방독성 조건인 즉, 팔미트산 처리된 C2C12 근육세포에서 MS-275의 지방산 독성 억제 효과를 조사했다. C2C12 근육세포에 팔미트산 처리는 HDAC3 단백질 발현을 증가시키고, 염증성 사이토카인 발현과 인슐린 저항성도 증가시켰다. 대조적으로, MS-275를 처리한 C2C12 근육세포는 팔미트산의 독성으로 유발되는 인슐린 저항성과 염증성 사이토카인 발현 증가를 억제하였다. 또한, C2C12 근육세포에서 MS-275 약물을 단독으로 농도별 처리했을 때 미토콘드리아의 바이오제네시스를 조절하는 PGC1-α와 포도당 수송체인 GLUT4의 발현을 증가시키는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들로 MS-275가 지방독성에 의한 C2C12 근육세포의 보호작용이 있음을 확인하였다. 그러므로 MS-275는 근육세포에서 염증완화 및 인슐린 저항성 치료에 효과적 일 수 있음을 시사한다.