Role of ferroptosis in mitochondrial damage in diabetic retinopathy

糖尿病性视网膜病变 眼科 医学 线粒体DNA 生物 糖尿病 内分泌学 遗传学 基因
作者
Pooja Malaviya,Jay Kumar,Renu A. Kowluru
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2024.10.296
摘要

Diabetic retinopathy is driven by oxidative stress-mitochondrial damage. Activation of ROS producing cytosolic NADPH oxidase 2 (Nox2) in diabetes precedes retinal mitochondrial damage, initiating a vicious cycle of free radicals. Elevated ROS levels peroxidize membrane lipids increasing damaging lipid peroxides (LPOs). While glutathione peroxidase 4 (GPx4) neutralizes LPOs, an imbalance in its generation-neutralization leads to ferroptosis, which is characterized by increased LPOs, free iron and decreased GPx4 activity. Mitochondria are rich in polyunsaturated fatty acids and iron and have mitochondrial isoform of GPx4. Our aim was to investigate mitochondrial ferroptosis in diabetic retinopathy, focusing on Nox2 mediated ROS production. Using human retinal endothelial cells, incubated in 5mM or 20mM D-glucose for 12 to 96 hours, with or without Nox2 inhibitors (100μM apocynin, 5μM EHop-016 or 5μM Gp91 ds-tat), or ferroptosis inhibitors (1μM ferrostatin-1, 50μM deferoxamine) or activator (0.1μM RSL3), cytosolic and mitochondrial ROS, LPOs, iron, GPx4 activity, mitochondrial integrity (membrane permeability, oxygen consumption rate, mtDNA copy numbers) and cell death were quantified. High glucose significantly increased ROS, LPOs and iron levels and inhibited GPx4 activity in cytosol, and while Nox2 and ferroptosis inhibitors prevented glucose-induced increase in ferroptosis markers, mitochondrial damage and cell death, RSL3, further worsened them. Furthermore, high glucose also increased ferroptosis markers in the mitochondria, which followed their increase in the cytosol, suggesting a role of cytosolic ROS in mitochondrial ferroptosis. Thus, targeting Nox2-ferroptosis should help break down the self-perpetuating vicious cycle of free radicals, initiated by the damaged mitochondria, and could provide novel therapeutics to prevent/retard the development of diabetic retinopathy.
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