VDAC1の阻害により、海馬HT22細胞におけるグルタミン酸誘発性オキシトーシスとミトコンドリア断片化が抑制される

Inhibition of VDAC1 Protects Against Glutamate-Induced Oxytosis and Mitochondrial Fragmentation in Hippocampal HT22 Cells.

• Pandian Nagakannan
• Md Imamul Islam
• Soheila Karimi-Abdolrezaee
• Eftekhar Eftekharpour

抄録

神経変性疾患や神経外傷における神経細胞死におけるグルタミン酸の関与は、興奮毒性またはオキシトーシスを介して媒介される。後者のプロセスは、グルタミン酸が介在するシステイントランスポーターxCTの阻害を介して酸化ストレスを誘導し、細胞内のグルタチオンプールの枯渇をもたらす。この過程では、ミトコンドリアの損傷、ミトコンドリア膜電位（MMP）の損失、エネルギー代謝物の枯渇が示されている。電圧依存性アニオンチャネル-1（VDAC1）は、ミトコンドリア外膜の主要な構成要素の一つであり、代謝物のミトコンドリア-細胞質輸送においてゲートキーピングの役割を果たしている。本研究では、オキシトーシスの病態生理におけるVDAC-1の関与の可能性を探った。グルタミン酸イオントロピー性受容体を欠く HT22 細胞にグルタミン酸を投与すると、VDAC1 のアップレギュレーションとオリゴマー化が誘導された。これは活性酸素の増加と細胞生存率の低下と関連していた。このモデルでは、グルタミン酸を介したオキシトーシスもまた、MMPを減少させ、ATP枯渇を促進し、その結果、シトクロムc（cyt C）とアポトーシス誘導因子（AIF）がミトコンドリアからサイトゾルへと移動した。これはまた、AIFが切断されて切断されたAIFを形成することを伴っていた。4,4'-ジイソチオシアナトスチルベン-2,2'-ジスルホン酸(DIDS)を用いてVDAC1のオリゴマー化を阻害すると、細胞生存率が有意に向上し、活性酸素量が減少し、ミトコンドリア機能が改善され、ミトコンドリアの損傷が減少した。また、DIDSはグルタミン酸によるミトコンドリアの断片化を抑制し、オキシトーシスにおけるミトコンドリアの断片化過程においてVDAC1のオリゴマー化が積極的な役割を果たしていることが示唆された。これらの結果は、ミトコンドリアのフラグメンテーションにおけるVDAC1の重要な役割と、グルタミン酸介在性酸化性神経毒性に対する治療効果を示唆している。

The involvement of glutamate in neuronal cell death in neurodegenerative diseases and neurotrauma is mediated through excitotoxicity or oxytosis. The latter process induces oxidative stress via glutamate-mediated inhibition of cysteine transporter xCT, leading to depletion of the cellular glutathione pool. Mitochondrial damage, loss of mitochondrial membrane potential (MMP), and depletion of energy metabolites have been shown in this process. The Voltage-Dependent Anion Channel-1 (VDAC1) is one of the main components of the mitochondrial outer membrane and plays a gatekeeping role in mitochondria-cytoplasm transport of metabolites. In this study, we explored the possible participation of VDAC-1 in the pathophysiology of oxytosis. Administration of glutamate in HT22 cells that lack the glutamate ionotropic receptors induced an upregulation and oligomerization of VDAC1. This was associated with an increase in ROS and loss of cell survival. Glutamate-mediated oxytosis in this model also decreased MMP and promoted ATP depletion, resulting in translocation of cytochrome c (cyt C) and apoptosis inducing factor (AIF) from mitochondria into the cytosol. This was also accompanied by cleavage of AIF to form truncated AIF. Inhibition of VDAC1 oligomerization using 4,4'-Diisothiocyanatostilbene-2,2'-disulfonate (DIDS), significantly improved the cell survival, decreased the ROS levels, improved mitochondrial functions, and decreased the mitochondrial damage. Notably, DIDS also inhibited the mitochondrial fragmentation caused by glutamate, indicating the active role of VDAC1 oligomerization in the process of mitochondrial fragmentation in oxytosis. These results suggest a critical role for VDAC1 in mitochondrial fragmentation and its potential therapeutic value against glutamate-mediated oxidative neurotoxicity.