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microRNA-195は心筋破綻時の代謝を制御しており、Sirtuin3の発現変化とミトコンドリアのタンパク質アセチル化を介している
MicroRNA-195 Regulates Metabolism in Failing Myocardium Via Alterations in Sirtuin 3 Expression and Mitochondrial Protein Acetylation.
PMID: 29330215 PMCID: PMC6449058. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030486.
抄録
背景:
心不全は、エネルギー枯渇状態や心臓リモデリングと相まって、ミトコンドリア機能不全や心筋の代謝異常を引き起こす。ミトコンドリア脱アセチル化酵素サーチュイン3（SIRT3）は、ミトコンドリアアセチロムを制御することにより、ミトコンドリア機能の維持に重要な役割を果たしている。ユニークな心臓および全身のマイクロRNAが、心筋における重要なシグナル伝達要素を調節することで、心臓のリモデリングに重要な役割を果たすことが示されていることは興味深いことです。
BACKGROUND: Heart failure leads to mitochondrial dysfunction and metabolic abnormalities of the failing myocardium coupled with an energy-depleted state and cardiac remodeling. The mitochondrial deacetylase sirtuin 3 (SIRT3) plays a pivotal role in the maintenance of mitochondrial function through regulating the mitochondrial acetylome. It is interesting to note that unique cardiac and systemic microRNAs have been shown to play an important role in cardiac remodeling by modulating key signaling elements in the myocardium.
方法:
ヒト心筋細胞様AC16細胞における細胞シグナル伝達を解析し、SIRT3およびトランスジェニックmicroRNA-195（miR-195）過剰発現のげっ歯類モデルにおけるアセチル化レベルを野生型と比較した。ルシフェラーゼアッセイ、ウェスタンブロッティング、免疫沈降アッセイ、心エコー解析を行った。ピルビン酸脱水素酵素（PDH）およびATP合成酵素の酵素活性を測定した。
METHODS: Cellular signaling was analyzed in human cardiomyocyte-like AC16 cells, and acetylation levels in rodent models of SIRT3and transgenic microRNA-195 (miR-195) overexpression were compared with wild type. Luciferase assays, Western blotting, immunoprecipitation assays, and echocardiographic analysis were performed. Enzymatic activities of pyruvate dehydrogenase (PDH) and ATP synthase were measured.
結果:
欠損したヒト心筋において、miR-195の誘導とミトコンドリア脱アセチル化酵素SIRT3の発現低下が観察されたが、これは全体的なタンパク質アセチル化の増加と関連している。さらに、SIRT3を介した代謝過程におけるmiR-195の役割と、脱アセチル化に関与する調節酵素への影響を調べた。miR-195は、3'-翻訳されていない領域を直接標的とすることで、SIRT3の発現をダウンレギュレーションしていることがわかった。サーチュイン阻害剤ニコチンアミド、small interfering RNA介在性SIRT3ノックダウン、またはmiR-195過剰発現のいずれかで治療すると、PDH複合体とATP合成酵素のアセチル化が促進された。SIRT3およびmiR-195トランスジェニックマウスは、一貫して、酵素活性の低下に伴うPDH複合体およびATP合成酵素を含むタンパク質のアセチル化の亢進を示した。
RESULTS: In failing human myocardium, we observed induction of miR-195 along with decreased expression of the mitochondrial deacetylase SIRT3 that was associated with increased global protein acetylation. We further investigated the role of miR-195 in SIRT3-mediated metabolic processes and its impact on regulating enzymes involved in deacetylation. Proteomic analysis of the total acetylome showed increased overall acetylation, and specific lysine acetylation of 2 central mitochondrial metabolic enzymes, PDH and ATP synthase, as well. miR-195 downregulates SIRT3 expression through direct 3'-untranslated region targeting. Treatments with either sirtuin inhibitor nicotinamide, small interfering RNA-mediated SIRT3 knockdown or miR-195 overexpression enhanced acetylation of PDH complex and ATP synthase. This effect diminished PDH and ATP synthase activity and impaired mitochondrial respiration.SIRT3 and miR-195 transgenic mice consistently showed enhanced global protein acetylation, including PDH complex and ATP synthase, associated with decreased enzymatic activity.
結論:
これらのデータは、心不全に陥った心筋におけるmiR-195レベルの増加は、心臓のエネルギー代謝に不可欠なPDHとATP合成酵素のアセチル化の増加を介して、SIRT3の直接的な抑制と酵素の阻害に関与する新しい経路を制御していることを示唆している。
CONCLUSIONS: Altogether, these data suggest that increased levels of miR-195 in failing myocardium regulate a novel pathway that involves direct SIRT3 suppression and enzymatic inhibition via increased acetylation of PDH and ATP synthase that are essential for cardiac energy metabolism.
© 2018 American Heart Association, Inc.