神経細胞の一酸化窒素合成酵素のAktリン酸化がマウス回腸の消化管運動を制御している

Akt phosphorylation of neuronal nitric oxide synthase regulates gastrointestinal motility in mouse ileum.

• Damian D Guerra
• Rachael Bok
• Vibhuti Vyas
• David J Orlicky
• Ramón A Lorca
• K Joseph Hurt

抄録

一酸化窒素（NO）は、非アドレナリン作動性非コリン作動性（NANC）シグナルを媒介する主要な抑制性神経伝達物質である。神経性NO合成酵素(nNOS)はCa/カルモジュリンにより活性化されてNOを産生し、これにより平滑筋弛緩を引き起こして生理的緊張を調節する。nNOSセリン1412(S1412)のリン酸化は活性化Ca要求を減少させ、NO産生を持続させる可能性がある。我々は、nNOS S1412リン酸化の生理的意義を理解するために、非リン酸化性のnNOSノックインマウスを開発し、特徴付け、その腸管神経伝達と消化管（GI）運動性を評価した。野生型（WT）マウスの回腸に電場刺激（EFS）を与えると、nNOS S1412のリン酸化が誘導され、テトロドトキシンやプロテインキナーゼAkt阻害剤では阻害されたが、PKA阻害剤では阻害されなかった。低周波での脱分極はnNOS S1412リン酸化を増加させ、WT回腸を弛緩させたが、部分的にはnNOS回腸を弛緩させた。nNOS回腸はホスホジエステラーゼ-5の発現量が少なく、外因性NOによる緩和に対してより敏感であった。非NANC条件下では、nNOS回腸で蠕動運動とセグメンテーションが速くなった。これらの知見は、神経細胞の脱分極が腸管内のnNOSのAktによるリン酸化を刺激し、正常なGI運動を促進することを示している。このように、nNOS S1412のリン酸化は、腸内のニトロ作動性神経伝達の重要な調節機構である。

Nitric oxide (NO) is a major inhibitory neurotransmitter that mediates nonadrenergic noncholinergic (NANC) signaling. Neuronal NO synthase (nNOS) is activated by Ca/calmodulin to produce NO, which causes smooth muscle relaxation to regulate physiologic tone. nNOS serine1412 (S1412) phosphorylation may reduce the activating Ca requirement and sustain NO production. We developed and characterized a nonphosphorylatable nNOS knock-in mouse and evaluated its enteric neurotransmission and gastrointestinal (GI) motility to understand the physiologic significance of nNOS S1412 phosphorylation. Electrical field stimulation (EFS) of wild-type (WT) mouse ileum induced nNOS S1412 phosphorylation that was blocked by tetrodotoxin and by inhibitors of the protein kinase Akt but not by PKA inhibitors. Low-frequency depolarization increased nNOS S1412 phosphorylation and relaxed WT ileum but only partially relaxed nNOS ileum. At higher frequencies, nNOS S1412 had no effect. nNOS ileum expressed less phosphodiesterase-5 and was more sensitive to relaxation by exogenous NO. Under non-NANC conditions, peristalsis and segmentation were faster in the nNOS ileum. Together these findings show that neuronal depolarization stimulates enteric nNOS phosphorylation by Akt to promote normal GI motility. Thus, phosphorylation of nNOS S1412 is a significant regulatory mechanism for nitrergic neurotransmission in the gut.