3 0 0 0 OA TGF-β1による血管内皮細胞メタロチオネイン遺伝子の転写誘導
- 著者
- 土田 翼 藤江 智也 吉田 映子 山本 千夏 鍜冶 利幸
- 出版者
- 日本毒性学会
- 雑誌
- 日本毒性学会学術年会 第43回日本毒性学会学術年会
- 巻号頁・発行日
- pp.O-41, 2016 (Released:2016-08-08)
【背景・目的】内皮細胞は種々の増殖因子・サイトカインを産生・分泌することで, 血管機能を調節している。TGF-β1は,内皮細胞の増殖を抑制的に制御し,動脈硬化などの血管病変の進展に関与する。一方,メタロチオネイン(MT)は重金属の毒性軽減や細胞内の亜鉛代謝などに寄与する多機能な生体防御タンパク質であるが,細胞機能調節因子によるMTの誘導に関する報告は少ない。本研究では,TGF-β1による血管内皮細胞のMT遺伝子の転写誘導とそのメカニズムについて解析した。【方法】培養ウシ大動脈内皮細胞をTGF-β1で処理し,MTアイソフォーム(MT-1A,MT-1EおよびMT-2A)mRNAの発現をreal-time RT-PCR法により解析した。Smad2/3,ERK,p38 MAPKおよびJNKのリン酸化はWestern Blot法で検出した。siRNAはリポフェクション法により導入した。【結果・考察】血管内皮細胞において,TGF-β1の濃度および時間に依存してMT-1A/2A mRNAレベルが上昇したが,この上昇はTGF-β1中和抗体の同時処理により消失した。TGF-β受容体ALK1またはALK5 siRNAを導入した内皮細胞では,ALK5の発現抑制によりMT-1A/2A mRNAの発現の上昇が抑制された。ALK5下流のSmad2およびSmad3のsiRNAをそれぞれ導入したところ,Smad2 siRNAによりMT-1A/2A mRNAの発現上昇が抑制された。またnon-Smad経路としてMAPK経路を検討したところ,TGF-β1により全てのMAPKsが活性化したが,p38 MAPKおよびJNK阻害剤によりTGF-β1によるMT-1A mRNAの発現上昇のみが抑制された。以上の結果より,TGF-β1は内皮細胞のMT-1A/2A遺伝子を転写誘導すること,この誘導はALK5を介したSmad2シグナルの活性化に介在されること,およびp38 MAPKおよびJNKの活性化はMT-1Aの転写誘導を選択的に介在することが明らかになった。
- 著者
- 村上 正樹 藤江 智也 松村 実生 藤原 泰之 木村 朋紀 安池 修之 山本 千夏 佐藤 雅彦 鍜冶 利幸
- 出版者
- 日本毒性学会
- 雑誌
- 日本毒性学会学術年会
- 巻号頁・発行日
- vol.41, pp.P-2, 2014
【背景・目的】有機金属化合物はそれを構成する分子構造や金属イオンとは異なる生物活性を持ち得るため,生命科学への活用が期待される。メタロチオネイン(MT)は有害重金属の毒性軽減などに関与するが、誘導機構には不明な点が多い。本研究では,有機アンチモン化合物ライブラリーから見出された化合物(Sb35)によるMT誘導の特性について,ウシ大動脈由来血管内皮細胞(BAE)を用いて調べた。<br>【方法】BAEをSb35で処理し,MTサブタイプおよびMTF-1 mRNAの発現をReal-Time RT PCR法により評価した。金属応答配列MREおよび抗酸化応答配列AREの活性をDual Luciferase Assayにより測定した。<br>【結果・考察】Sb35は,BAEが発現するMTのすべてのサブタイプ(MT-1A,MT-1EおよびMT-2)のmRNA発現を濃度依存的に増加させたが,MREを顕著に活性化しなかった。しかしながら,転写因子MTF-1をノックダウンすると,すべてのMTサブタイプの発現が抑制された。一方,Sb35は転写因子Nrf2を活性化し,AREを強く活性化した。そこでNrf2をノックダウンしたところ,MT-1AおよびMT-1EのmRNA発現が有意に抑制された。MT-2の発現には変化は認められなかった。以上の結果より,Sb35はすべてのMTサブタイプの遺伝子発現を誘導するが,MT-1AおよびMT-1Eの誘導はMTF-1-MRE経路とNrf2-ARE経路の両方に介在されること,これに対しMT-2の誘導はNrf2-ARE経路に依存せず,MTF-1-MRE経路に介在されることが示唆された。Sb35がNrf2の活性化によってサブタイプ選択的にMT遺伝子の発現を誘導することは,この有機アンチモン化合物がMTの誘導機構解析の有用なツールであることを示している。
【背景・目的】有機-無機ハイブリッド分子は合成試薬として広く利用されてきたが,生命科学への貢献は皆無に等しい。当研究室では,有機ビスマス化合物(PMTABiおよびDAPBi)の強い細胞毒性がそのアンチモン置換体(PMTASおよびDAPSb)では消失することを見出した。また, これらの化合物に感受性低下を示す有機ビスマス化合物感受性低下細胞(RPB-1γ,RPB-2,RPB-3およびRDB-1細胞)を樹立した。本研究の目的は,有機ビスマス化合物の毒性発現機構の解明を目指し,有機ビスマス化合物の感受性と細胞内金属蓄積量の関係を明らかにすることである。<br>【方法】チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO-GT細胞)および有機ビスマス化合物感受性低下細胞に,<br>PMTABi,PMTAS,DAPBi,DAPSbを曝露し,形態学的観察を行うとともに,それぞれの化合物の細胞内蓄積量をICP-MSで測定し,Bi量またはSb量で評価した。<br>【結果・考察】PMTABiの蓄積量は,CHO-GT細胞に比べ,20 µMまでは全ての耐性細胞において高かったが,50 µMではRPB-1γ,RPB-2およびRPB-3細胞への蓄積量はCHO-GTよりも低くなった。DAPBiの蓄積量は,CHO-GT細胞に比べ,50 µMまでRPB-3およびRDB-1細胞において高かった。しかしながら,RDB-1細胞へのDAPBiの蓄積量は50 µMまで濃度依存的であったが,RPB-3細胞では50 µMで減少した。RPB-2細胞には有機ビスマス化合物が蓄積しなかった。PMTABiを曝露して獲得したRPB-1γ,RPB-2およびRPB-3細胞がDAPBiに対しても耐性を示すことが確認された。アンチモン置換体は全ての細胞種において細胞内に蓄積せず,形態学的観察による細胞毒性も確認されなかった。以上より,有機ビスマス化合物の細胞毒性は,その細胞内蓄積量だけでなく,細胞種と有機ビスマス化合物の濃度によって異なるメカニズムが存在することが示唆される。
1 0 0 0 OA 線溶調節を行う血管細胞に対するカドミウムおよび鉛の毒性発現に関する研究
心疾患および脳疾患は日本人の死因別死亡率において2位および3位を占めるだけでなく,その死亡率の合計は第1位の悪性新生物を上回り,公衆衛生学上においても重要な問題となっている。この2つの死因の中では心筋梗塞および脳梗塞が大きな比率を占めている。これらは発症部位は異なるがどちらも血管内の血栓形成を伴う疾患で死亡率だけでなく,罷患率の面からも近年注目されている。動脈硬化症および高血圧症は互いに危険因子であり,心筋梗塞および脳梗塞の基礎疾患として重要である。動脈硬化病変は一般的には血管内膜における血管平滑筋細胞の増殖,血管内および血管組織内血液凝固血管内皮傷害などの所見を呈する血管病変である。すなわち,動脈硬化巣内には結合組織に被覆された血管平滑筋細胞,マクロファージ,Tリンパ球の浸潤および壊死像,脂肪蓄積や血栓が一般的に観察される(Moore, 1981 ; Wight, 1989; Srnall, 1988)。Rossらはこのような変化を内皮傷害に対する動脈壁の反応として考え,傷害反応仮説としてまとめている(Ross, 1993)。それによると,血管内皮細胞の機能障害が生じると内皮細胞のターンオーバーの充進や内皮下組織への単球の侵入が起こる。内膜に侵入した単球はマクロファージへと分化し,変性した脂質を取り込んで泡沫化し,血管平滑筋細胞に対する遊走・増殖因子である血小板由来増殖因子(PDGF)(Ross, 1990)などの増殖因子を放出し,平滑筋細胞の内膜への遊走と増殖を促進する。さらに,血管内皮細胞が剥離するような傷害が加わると血管壁の抗血栓性が失われ,血小板の活性化作用を有する内皮下組織が血液と直接接することによって血小板の粘着・凝集が起こり,このとき血小板からPDGFを初めとする平滑筋細胞遊走・増殖因子が大量に放出され,血管平滑筋細胞の内膜への遊走および増殖が加速されて血管内膜の肥厚斑が形成される。従って,動脈硬化病変の発症の理解には,その初期段階としての内皮細胞機能障害の解明が不可欠である。血管は内腔を一層に覆う血管内皮細胞,中膜を構成する血管平滑筋細胞および外膜の線維芽細胞から成り,それぞれが機能を発現している‘生きた組織'である。近年,血管内皮細胞が血液成分と内皮下組織との接触を妨げる障壁として存在しているだけでなく,様々な因子を産生・放出し,血管と血液の恒常性維持に寄与していることが明らかになってきた。血管内皮細胞は,一酸化窒素を本体とする内皮細胞由来弛緩因子(Palmer et al., 1987)および持続的血管収縮因子であるエンドセリン(Yanagisawa et al ., 1988) を産生・放出し,血管のトーヌスの調節に積極的に関与している。また,血管内腔は抗血栓性を維持しており,血液が非常に凝固し易いものであるにもかかわらず通常血管内では凝固しないが,ひとたび血管内皮細胞が傷害を受けたときは速やかに血液凝固によって止血され,血管は修復される。このとき,不必要な血栓は線溶系によって除去される。このような血液の凝固・線溶を通じた血管の恒常性の維持は血管内皮細胞によって巧妙に調節されている。血管内皮細胞による血液凝固の調節は,血小板凝集抑制作用を有するプロスタサイクリン(Moncada and Vane, 1979)およびヘパリン様活性を有するヘパラン硫酸(Shimada et al., 1985 : Marcum et al ., 1986) の産生・放出,ならびにトロンピンの凝固活性を抑制し, 抗凝固活性へ転換するトロンボモジュリン(Esmon and Owen, 1981 ;Maruyama et al., 1984)の保持によって行われるのに対し,線溶系の調節は組織型プラスミノーゲンアクチベーター(t-PA) (Levin and Loskutoff, 1982)およびその阻害因子であるプラスミノーゲンアクチベーターインヒピタ-1(PAI-1) (Mourik et al ., 1984 ; Gelehrter and Sznycer-Laszuk , 1986)の2つの因子のバランスによって調節されている。PAI-1は液相中に放出されるとそのほとんどがすぐに不活性型PAI-1 となり活性型PAI-1のみがt-PAと結合して不活性型複合体を形成する(Levin, 1986)。t-PAの他に,ウロキナーゼ型プラスミノーゲンアクチベーター(u-PA)も内皮細胞によって産生・放出されt-PAと同様の活性を示すが,u-PA がフイプリン親和性をほとんど示さないのに対し,t-PA はフイプリンと高い親和性を有し,しかもフイプリンと結合することで活性が増強される(Hoylaerts et al., 1982 ; Ranby, 1982)ことから,t- PAと活性型PAI-1のバランスが血管内の線溶調節に重要であるとされる。血管内皮細胞だけでなく血管平滑筋細胞および線維芽細胞もまたt-PAおよびPAI-1産生能を有しており(Herbert et al. , 1994; Wojta et al., 1993 ; Hola et al., 1983),血管内皮細胞層の傷害時あるいは血管の破綻時に内皮下組織が血液と接したときの線溶調節に関与していると考えられている。ところで重金属と血管病変との関連については,古くから多くの報告があるが一連の報告にはふたつの特徴があった。第一は,動脈硬化を含む血管病変を引き起こすとされる重金属として,カドミウムおよび鉛が特に多く報告されてきたことである。例えば,疫学的にカドミウムの汚染地区に動脈硬化発症率が高く(Houtman, 1993),血管病変と環境カドミウム曝露には関係が見出され,(Carroll, 1966 ; Engvan and Perk, 1985) 鉛についても高血圧症との関係が(Menditto et al., 1994)が報告されている。また,動物実験において,カドミウムおよび鉛は動脈硬化および高血圧を誘発する(Revis et al ., 1981 ; Schroeder and Vinton, 1962 ; Perry et al ., 1983 ; Perry et al ., 1988 ; Chai and Webb, 1988 ; Lal et a1 ., 1991)という。しかしながら第二の特徴は,このように血管病変を引き起こすとされるカドミウムおよび鉛の細胞レベルでの毒性発現機序はまったく不明であったことである。血管内皮細胞の機能障害が血管病変の発症・進展に重要であること,また動脈硬化病変を含む血管病変は一般に凝固促進性あるいは線溶活性の低下の結果と考えられる血栓形成性を伴うことから,内皮細胞が介在する線溶調節に対するカドミウムおよび鉛の毒性発現を明らかにする必要がある。本研究の目的は,カドミウムおよび鉛に曝露した血管内皮細胞からの線溶蛋白の産生・放出の変化およびその結果生じる液相の線溶活性の変化を細胞培養系を用いて検討することによって,内皮細胞が調節する線溶系に対するこれら重金属の毒性発現を明らかにし,これらの重金属による血管病変の誘発機構の理解に寄与することである。さらに,血管内皮細胞の傷害時に線溶調節を行うとされる血管平滑筋細胞および線維芽細胞についても同様の検討を行い,血液線溶調節を行う血管構成細胞に対するカドミウムおよび鉛の毒性発現様式とこれらの重金属に対する各細胞種の応答様式を明らかにすることである。