The role of necroptosis-regulated mitochondrial DNA release in the pathogeneisis of COPD

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K08159
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 水村 賢司 日本大学, 医学部, 兼任講師 (20761688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 権 寧博 日本大学, 医学部, 教授 (80339316) ; 丸岡 秀一郎 日本大学, 医学部, 准教授 (80599358)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: COPD / ネクロプトーシス / ミトコンドリアDNA / 鉄代謝

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、COPDの病態を明らかにするために、タバコ煙暴露による肺上皮細胞からのミトコンドリアDNA (mtDNA)の細胞外放出のメカニズムと気道炎症への関与を解明し、診断・治療応用への研究基盤を確立することを目的とした。
本研究グループは研究期間内に以下を明らかにした。
１）肺上皮細胞株Beas 2B細胞をタバコ煙抽出液 (Cigarette smoke extract : CSE)で刺激すると 細胞質と細胞上清中のmtDNAが有意に上昇し、CSE暴露はミトコンドリアからの細胞質へのmDNAの移行および細胞外へのmtDNA放出を誘導する。２）ネクロプトーシス阻害薬であるNecrostatin-1はCSE暴露による細胞外へのmtDNA放出を抑制するが、ミトコンドリアの細胞質への移行は抑制せず、ネクロプトーシスはCSEによるmtDNAの細胞外放出のみを制御している。３）鉄キレート剤Deferoxamine (DFO)は、CSE刺激による肺上皮細胞外へのmtDNA放出を抑制し、CSEによるmtDNA細胞外放出に鉄代謝が関与していることが示唆された。４) DFO存在下では、Beas 2B細胞におけるCSE暴露によるミトコンドリア膜電位の低下やミトコンドリアROSの放出は抑制され、鉄代謝はCSEによるミトコンドリア損傷を制御している。５）mtDNAをBeas2B細胞にトランスフェクションし、細胞上清中のサイトカイン濃度を測定するとトランスフェクション8時間後に細胞上清中のIL-6が優位に抑制された。
以上より、タバコ煙は鉄代謝を介してミトコンドリア損傷を制御し、損傷をうけたミトコンドリアはmtDNAを細胞質に移行する。細胞質に移行したmtDNAはネクロプトーシスにより細胞外に放出され、セカンドメッセンジャーとしてIL-6などの炎症性サイトカインを制御していることが示唆された。