本研究では、PERKを介したmicroRNA-483の誘導が、アンフォールドタンパク応答の際に細胞のATPホメオスタシスを阻害することを明らかにした

PERK-mediated induction of microRNA-483 disrupts cellular ATP homeostasis during the unfolded protein response.

• Nobuhiko Hiramatsu
• Karen Chiang
• Cathrine Aivati
• Jeffrey J Rodvold
• Ji-Min Lee
• Jaeseok Han
• Leon Chea
• Maurizio Zanetti
• Edward H Koo
• Jonathan H Lin

抄録

小胞体（ER）ストレスはアンフォールドタンパク応答（UPR）を活性化し、ミスフォールドタンパクのレベルを低下させる。しかし、ERの恒常性が回復せず、UPRが慢性的に活性化されたままであれば、細胞はアポトーシスに陥る。UPR調節因子であるPKR様小胞体キナーゼ（PERK）は、持続的に活性化されると細胞死を促進する重要な役割を果たしますが、そのメカニズムはよくわかっていませんでした。本研究では、ERストレスにさらされたヒト細胞のマイクロRNA（miRNA）トランスクリプトームをプロファイリングし、PERKシグナル伝達によって選択的に誘導されるmiRNAを同定した。その結果、PERKシグナルに誘導されたmiRNA（miR-483）の発現がアポトーシスを促進することが明らかになった。また、クレアチンキナーゼ脳型（）遺伝子は、ホスホクレアチン産生により細胞内のATP備蓄量を維持する酵素をコードしており、UPR時に抑制され、miR-483の標的となっていることを明らかにした。その結果、ERストレス、選択的PERK活性化、ノックダウンのいずれも細胞のATPレベルを低下させ、ERストレス誘発細胞死に対する脆弱性を増大させることが明らかになった。本研究では、miR-483がUPRのPERK枝の下流標的であることを明らかにした。本研究では、このような細胞内ATPの恒常性の乱れが、ERストレス誘発性アポトーシスを促進することを示唆している。

Endoplasmic reticulum (ER) stress activates the unfolded protein response (UPR), which reduces levels of misfolded proteins. However, if ER homeostasis is not restored and the UPR remains chronically activated, cells undergo apoptosis. The UPR regulator, PKR-like endoplasmic reticulum kinase (PERK), plays an important role in promoting cell death when persistently activated; however, the underlying mechanisms are poorly understood. Here, we profiled the microRNA (miRNA) transcriptome in human cells exposed to ER stress and identified miRNAs that are selectively induced by PERK signaling. We found that expression of a PERK-induced miRNA, miR-483, promotes apoptosis in human cells. miR-483 induction was mediated by a transcription factor downstream of PERK, activating transcription factor 4 (ATF4), but not by the CHOP transcription factor. We identified the creatine kinase brain-type () gene, encoding an enzyme that maintains cellular ATP reserves through phosphocreatine production, as being repressed during the UPR and targeted by miR-483. We found that ER stress, selective PERK activation, and knockdown all decrease cellular ATP levels, leading to increased vulnerability to ER stress-induced cell death. Our findings identify miR-483 as a downstream target of the PERK branch of the UPR. We propose that disruption of cellular ATP homeostasis through miR-483-mediated silencing promotes ER stress-induced apoptosis.