Role of the cytoskeleton in Cd²⁺-induced death of mouse mesangial cells

Cadmium induces apoptotic cell death in mouse mesangial cells that is in part dependent on reactive oxygen species (ROS). Cadmium also activates multiple kinases in these cells, including the Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMK-II) and p38 kinase, and also leads to disruption of the filamentous actin cytoskeleton. We investigated the role of the cytoskeleton in Cd²⁺-induced cell death. Cell viability was decreased by Cd²⁺ and two types of apoptotic death, defined by flow cytometry, were increased. Disruption of actin filaments with cytochalasin D was partially protective, whereas stabilization of the cytoskeleton with jasplakinolide was without effect, indicating that cytoskeletal disruption contributes to, but is not necessary for, induction of apoptosis. Inhibition of CaMK-II and p38 kinase, mitochondrial stabilization with cyclosporine A, and the antioxidant N-acetyl cysteine all protected against apoptosis and prevented disruption of the cytoskeleton. Cytochalasin D decreased Cd²⁺-dependent ROS production, reduced the decline in mitochondrial membrane potential, and decreased phosphorylation of p38 kinase. We conclude that Cd²⁺-dependent actin disruption is a downstream event facilitating apoptotic death. Cadmium-dependent cell death involves actin-dependent mitochondrial changes, ROS production, and p38 activation.

Le cadmium (Cd²⁺) induit la mort par apoptose dans les cellules mésangiales des souris, laquelle dépend en partie des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Le Cd²⁺ active aussi de nombreuses kinases, y compris la Ca²⁺/protéine kinase II dépendante de la calmoduline (CaMK-II) et la p38 kinase, et provoque la rupture du cytosquelette d’actine. Nous avons examiné le rôle du cytosquelette dans l’apoptose induite par le Cd²⁺. Le Cd²⁺ a diminué la viabilité cellulaire, et deux types d’apoptose, identifiés par cytométrie de flux, ont augmenté. La rupture des filaments d’actine au moyen de cytochalasine D a eu un effet protecteur partiel, alors que la stabilisation du cytosquelette au moyen de jasplakinolide n’a pas eu d’effet, ce qui indique que la rupture du cytosquelette contribue, mais n’est pas essentielle, à l’induction de l’apoptose. L’inhibition de la CaMKII et de la p38 kinase, la stabilisation mitochondriale par la cyclosporine A et l’utilisation de l’antioxydant N-acétyl cystéine ont eu des effets protecteurs contre l’apoptose et prévenu la rupture du cytosquelette. La cytochalasine D a diminué la production de ROS dépendante du Cd²⁺, ralenti la diminution du potentiel de membrane mitochondrial et atténué la prohosphorylation de la p38 kinase. Nous concluons que la rupture des filaments d’actine dépendante du Cd²⁺ est un événement en aval favorisant l’apoptose. L’apoptose induite par le cadmium implique des modifications mitochondriales dépendantes de l’actine, la production de ROS et l’activation de la kinase p38.