The effect of fenofibrate on the activity of branched-chain α-ketoacids dehydrogenase in rat’s kidney.

Fibraty, w tym fenofibrat, są stosowane w leczeniu hiperlipoproteinemii charakteryzujących się wysokim stężeniem triglicerydów (ang.: triglyceride – TG) i niskim stężeniem lipoprotein o wysokiej gęstości (ang.: high-density lipoprotein – HDL) w osoczu krwi. Fenofibrat, oprócz modyfikowania profilu lipidowego osocza krwi, ma także liczne korzystne działania pozalipidowe, między innymi na układ immunologiczny, angiogenezę oraz procesy antyapoptotyczne. Stwierdzono także, że fenofibrat ma wpływ na metabolizm aminokwasów o rozgałęzionych łańcuchach (ang.: branched-chain amino acids – BCAAs), ponieważ modyfikuje działanie enzymu kluczowego dla katabolizmu BCAAs – kompleksu dehydrogenazy rozgałęzionych α-ketokwasów (ang.: branched-chain α-ketoacids dehydrogenase complex – BCKDH). Powszechnie uważa się, że modyfikacja kowalencyjna jest najważniejszym mechanizmem regulacji aktywności BCKDH. Fosforylacja kompleksu przy udziale kinazy (ang.: BCKDH kinase – BDK) hamuje aktywność BCKDH, natomiast defosforylacja przy udziale fosfatazy (ang.: BCKDH phosphatase – BDP) aktywuje kompleks. Można wyróżnić aktywność całkowitą BCKDH, która jest odzwierciedleniem pełnej defosorylacji kompleksu oraz aktywność aktualną, która wyraża częściową defosforylację kompleksu. Na podstawie tych aktywności wylicza się procent całkowitej ilości enzymu, która występuje w stanie aktywnym (defosforylowanym), czyli stan aktywności kompleksu BCKDH. Wykazano, że w tkance wątrobowej szczurów żywionych dietą niskobiałkową fenofibrat powoduje zwiększenie aktywności BCKDH. Lek zmienia w ten sposób fizjologiczną adaptację kompleksu do ograniczonej podaży białka pokarmowego. Adaptacja ta polega na ograniczeniu aktywności kompleksu BCKDH oraz spadku szybkości katabolizmu BCAAs.Przeprowadzone do tej pory badania miały na celu ocenę wpływu fenofibratu na kompleks BCKDH w wątrobie. Nie ma natomiast informacji o wpływie i konsekwencjach działania leku na aktywność BCKDH w nerkach. Celem tej pracy była ocena wpływu fenofibratu na aktywność kompleksu BCKDH w tkance nerkowej szczurów żywionych przez okres 14 dni dieta niskobiałkową (8% białka). Do badań użyto tkanek pozyskanych z poprzednich badań. Grupie badanej podawano, przy użyciu zgłębnika żołądkowego, fenofibrat w dawce 50 mg/kg masy ciała, a grupie kontrolnej sam rozpuszczalnik leku (0.3% roztwór dimetylocelulozy). Po tym czasie wyizolowano z tkanki nerkowej BCKDH i przeprowadzono pomiary aktywności tego kompleksu metodą spektrofotometyczną. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że fenofibrat istotnie zwiększa aktywność aktualną BCKDH (172,1 ± 17,5 vs. 111,5 ± 17,2 dla grupy kontrolnej; p<0,01), nie wpływa na aktywność całkowitą (430,1 ± 51,0 vs. 351,8 ± 52,5 dla grupy kontrolnej; p>0,05) oraz istotnie zwiększa stan aktywności kompleksu BCKDH (40,4 ± 4,0 vs. 32.0 ± 4,9 dla grupy kontrolnej; p<0,05).Można zatem wnioskować, że fenofibrat zmienia fizjologiczną regulację aktywności kompleksu BCKDH w tkance nerkowej szczurów w odpowiedzi na ograniczoną podaż białka pokarmowego. Potrzebne są jednak dalsze badania dla pełnego wyjaśnienia molekularnego mechanizmu działania fenofibratu oraz konsekwencji metabolicznych tego wpływu.

Fibrates, including fenofibrate, are used for the treatment of hyperlipoproteinemia, characterized by high level of triglycerides (TG) and low level of high-density lipoprotein (HDL) in plasma. Fenofibrate, in addition to its lipid-lowering effects, exerts some beneficial pleiotropic effects on the immune system, angiogenesis and anti-apoptotic processes. It has also been found, that fenofibrate affects the metabolism of branched-chain amino acids (BCAAs) through its influence on a key enzyme of the BCAAs catabolism – mitochondrial branched-chain α-ketoacid dehydrogenase complex (BCKDH). It is widely believed that covalent modification is the most important mechanism of the regulation of the BCKDH’s activity. Phosphorylation of the BCKDH by BCKDH kinase (BDK) inhibits its activity and dephosphorylation via a BCKDH phosphatase (BDP) increases the activity of the complex. The activity of the BCKDH complex occurring in completely dephosphorylated form is named total activity and in partly dephosphorylated form – actual activity. Percentage of the BCKDH complex, in its active, dephosphorylated state, can be calculated from values of actual and total activities of the BCKDH complex and expressed as the activity state of the BCKDH complex.In rats subjected to protein restriction liver BCKDH activity and BCAAs catabolism are reduced. It has been demonstrated that in rats fed low-protein chow, fenofibrate increases liver BCKDH activity and thus disturbs the physiological adaptation of the complex to the reduced supply of dietary protein. The recent study investigated the effect of fenofibrate on the BCKDH complex in the liver. The effect of fenofibrate on the BCKDH activity in the kidneys has not been studied yet. The goal of the present study was to investigate the effect of fenofibrate on the BCKDH activity in the kidney of rats fed low-protein chow (8% protein). For 14 days tested animals were given fenofibrate at a dose of 50 mg/kg of body weight per day (by gastric feeding tube), while the control group received only the drug solvent (0,3% dimethylcellulose). Then the BCKDH complex was isolated from kidney tissue and the BCKDH activity was determined spectrophotometrically. The BCKDH actual and total activities were determined before and after incubation with lambda protein phosphatase, respectively. The activity state of the complex was calculated from values of actual and total activities of BCKDH complex and expressed as percent.Fenofibrate administration caused a significant increase in the actual BCKDH activity (172,1 ± 17,5 vs. 111,5 ± 17,2 for control group; p<0,01), had no influence on a total BCKDH activity (430,1 ± 51,0 vs. 351,8 ± 52,5 for control group; p>0,05) and caused a significant increase in the activity state of the BCKDH complex(40,4 ± 4,0 vs. 32.0 ± 4,9 for control group; p<0,05) in rat’s kidney tissue.It can be concluded, that fenofibrate disturbs the physiological adaptation of the kidney BCKDH activity occurring in response to the dietary protein restriction. Further studies are necessary to fully explain the molecular mechanism of fenofibrate action and metabolic consequences of this influence.