Hyperglycemia-induced Degradation of HIF-1α Contributes to Impaired Response of Cardiomyocytes to Hypoxia

Introduction and Objectives: Cardiovascular disease is the leading cause of mortality and morbidity associated with diabetes. Although impairment of the cell response to hypoxia due to destabilization of the transcription factor hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), which regulates the expression of genes that help cells to cope with low oxygen tension, has been implicated in diabetes-associated disease, the molecular mechanisms involved remain elusive. It is known that hyperglycemia leads to the enhanced production of methylglyoxal (MGO). Therefore, the main objective of this study was to establish whether MGO leads to the degradation of HIF-1α in cardiomyocytes subjected to hypoxia. Methods: The mouse atrial cardiomyocyte cell line, HL-1, was exposed to chemical hypoxia with CoCl2 in the absence or presence of MGO. Cell viability was assessed by MTT assay, and levels of HIF-1α and endogenous ubiquitin conjugates were determined by western blotting. Proteasome activity was analyzed using a specific chymotrypsin-like fluorogenic substrate. Results: The results obtained indicate that MGO induces time- and dose-dependent degradation of HIF-1α accumulated under hypoxia. Additionally, we show that accumulation of endogenous ubiquitin conjugates in the presence of MGO is associated with decreased proteasome activity. Conclusion: Taken together, the results obtained in this study suggest that MGO compromises the ability of cells to adapt to low oxygen tensions, by stimulating the degradation of HIF-1α, likely contributing to the development of diabetes-associated cardiac dysfunction. Resumo: Introdução e objetivos: As complicações cardiovasculares constituem a principal causa de morbimortalidade em doentes diabéticos. A destabilização do fator de transcrição induzido pela hipoxia (HIF-1α), que regula a expressão de genes de adaptação celular a condições de baixos níveis de oxigénio, parece comprometer a resposta celular de diversos tecidos à hipoxia, em condições de hiperglicemia. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes à destabilização do HIF-1α estão ainda por estabelecer. Está bem estabelecido que em situações de hiperglicemia ocorre o aumento da produção de metilglioxal (MGO). Assim, o objetivo deste trabalho foi estabelecer o impacto do MGO na degradação do HIF-1α em cardiomiócitos sujeitos a condições de hipoxia. Métodos: Uma linha celular de cardiomiócitos da aurícula de ratos, HL-1, foi sujeita a hipoxia química com CoCl2, na ausência e na presença de MGO. De seguida, avaliou-se a viabilidade celular pelo ensaio de MTT, e determinaram-se os níveis de HIF-1α e de conjugados endógenos de ubiquitina por western blotting. A atividade do proteosoma foi avaliada utilizando um substrato fluorogénico específico do tipo quimotripsina. Resultados: Os resultados obtidos mostram que o MGO induz degradação do HIF-1α em condições de hipoxia de uma forma dependente da dose de MGO utilizada, assim como do tempo de tratamento. Por outro lado, a acumulação de conjugados endógenos de ubiquitina na presença de MGO associa-se a um decréscimo na atividade do proteosoma. Conclusão: No conjunto, os resultados sugerem que o MGO compromete a capacidade de adaptação celular a condições de hipoxia através da degradação do HIF-1α, o que pode contribuir para o desenvolvimento da disfunção cardíaca associada à diabetes. Keywords: Diabetic heart disease, Hypoxia, Hypoxia-inducible factor-1α, Cardiomyocytes, Palavras-chave: Doenças cardiovasculares e diabetes, Hipoxia, HIF-1α, Cardiomiócitos