電子タバコエアロゾルは、正常ヒト口腔角化細胞においてアンフォールドタンパク応答を誘導する

E-cigarette aerosols induce unfolded protein response in normal human oral keratinocytes.

• Eoon Hye Ji
• Naseim Elzakra
• Wei Chen
• Li Cui
• Eon S Lee
• Bingbing Sun
• Diana Messadi
• Tian Xia
• Yifang Zhu
• Shen Hu

抄録

:2004年に導入されて以来、電子タバコ（EC）の世界的な使用量は指数関数的に増加しています。しかし、電子タバコが口腔内の健康に及ぼすリスクは不明である。本研究の目的は、EC エアロゾル曝露が正常なヒト口腔角化細胞（NHOKs）の遺伝子経路、特にアンフォールドタンパク応答（UPR）経路に影響を与えるかどうかを理解することである。 EC エアロゾルは、自作のパフ装置を用いて再現性よく発生させ、NHOKs の培地に注入した。DNA マイクロアレイは、EC エアロゾルで処理された NHOKs の遺伝子発現変化をプロファイルするために使用され、EC エアロゾルによって変化したシグナル伝達経路を明らかにするために Ingenuity Pathway Analysis (IPA) を使用しました。有意に変化した遺伝子の発現変化を検証するために定量PCRを用いた。 DNA マイクロアレイを用いたプロファイリングと IPA による解析の結果、EC エアロゾルによって活性化された UPR、細胞周期制御、TGF-βシグナル、NRF2 媒介酸化ストレス応答、PI3K/AKT シグナル、NF-κB シグナル、HGF シグナルなどのシグナル伝達経路が NHOKs に存在することが明らかになった。UPR経路遺伝子であるC/EBP相同タンパク質（CHOP）、活性化転写因子4（ATF4）、Xボックス結合タンパク質1（XBP1）、イノシトール要求酵素1α（IRE1α）はすべてECエアロゾル処理したNHOKsで有意に高発現したが、免疫グロブリン重鎖結合タンパク質（BIP）とPRKR様ERキナーゼ（PERK）はわずかに高発現していた。qPCR解析の結果は、DNAマイクロアレイ解析の結果とよく相関していた。ECエアロゾル処理NHOKs未処理NHOKsで最も有意に変化した遺伝子はCHOP、ATF4、XBP1、IRE1α、BIPであった。一方、ウエスタンブロット解析では、CHOP、GRP78（BIP）、ATF4、IRE1α、XBP1s（スプライスXBP1）がECエアロゾルで処理されたNHOKsで有意に発現が上昇していることが確認された。以上の結果から、EC エアロゾルは NHOKs の UPR パスウェイ遺伝子をアップレギュレートし、UPR 応答の誘導は PERK - EIF2α - ATF4 および IRE1α - XBP1 パスウェイを介して行われていることが示唆された。

: Since the introduction in 2004, global usage of e-cigarettes (ECs) has risen exponentially. However, the risks of ECs on oral health are uncertain. The purpose of this study is to understand if EC aerosol exposure impacts the gene pathways of normal human oral keratinocytes (NHOKs), particularly the unfolded protein response (UPR) pathway. EC aerosols were generated reproducibly with a home-made puffing device and impinged into the culture medium for NHOKs. DNA microarrays were used to profile the gene expression changes in NHOKs treated with EC aerosols, and the Ingenuity Pathway Analysis (IPA) was used to reveal signaling pathways altered by the EC aerosols. Quantitative PCR was used to validate the expression changes of significantly altered genes. DNA microarray profiling followed by IPA revealed a number of signaling pathways, such as UPR, cell cycle regulation, TGF-β signaling, NRF2-mediated oxidative stress response, PI3K/AKT signaling, NF-κB signaling, and HGF signaling, activated by EC aerosols in NHOKs. The UPR pathway genes, C/EBP homologous protein (CHOP), activating transcription factor 4 (ATF4), X box binding protein 1 (XBP1), and inositol-requiring enzyme 1 alpha (IRE1α) were all significantly up-regulated in EC aerosol-treated NHOKs whereas immunoglobulin heavy-chain binding protein (BIP) and PRKR-like ER kinase (PERK) were slightly up-regulated. qPCR analysis results were found to be well correlated with those from the DNA microarray analysis. The most significantly changed genes in EC aerosol-treated NHOKs untreated NHOKs were CHOP, ATF4, XBP1, IRE1α and BIP. Meanwhile, Western blot analysis confirmed that CHOP, GRP78 (BIP), ATF4, IRE1α and XBP1s (spliced XBP1) were significantly up-regulated in NHOKs treated with EC aerosols. : Our results indicate that EC aerosols up-regulate the UPR pathway genes in NHOKs, and the induction of UPR response is mediated by the PERK - EIF2α - ATF4 and IRE1α - XBP1 pathways.

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