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CR6-interacting factor 1欠損症は、テトラヒドロビオプテリンの生合成を阻害することで、内皮一酸化窒素合成酵素活性を低下させる
CR6-interacting factor 1 deficiency reduces endothelial nitric oxide synthase activity by inhibiting biosynthesis of tetrahydrobiopterin.
PMID: 31964986 PMCID: PMC6972730. DOI: 10.1038/s41598-020-57673-9.
抄録
CR6相互作用因子1（CRIF1）のダウンレギュレーションは、ミトコンドリア機能不全を誘発し、その結果、内皮一酸化窒素合成酵素（eNOS）の活性が低下し、内皮細胞におけるNOの産生が低下することが報告されている。テトラヒドロビオプテリン（BH4）は、NO（eNOSカップリング）とスーパーオキシド産生（eNOSアンカップリング）のバランスを調節する重要な補酵素である。しかし、CRIF1 欠損細胞における eNOS および NO 産生の減少が、相対的な BH4 欠損による eNOS アンカップリングと関連しているかどうかは完全には不明である。本研究では、CRIF1 欠損は、in vivo および vitro において、BH4 生合成酵素（GCH-1, PTS, SPR, DHFR）をそれぞれ減少させることで、eNOS アンカップリングを増加させ、全ビオプテリンおよび BH4 のレベルを低下させることを明らかにした。CRIF1欠損細胞にBH4を補給すると、AktとeNOSのリン酸化とNO合成の回復が有意に増加した。また、MitoTEMPO処理による活性酸素の消去は、GCH-1、PTS、SPRのレベルを上昇させてBH4のレベルを補充したが、DHFRのレベルには影響を与えなかった。CRIF1 欠損細胞における DHFR 合成調節因子 p16 または p21 のダウンレギュレーションは DHFR 発現を部分的に回復させた。まとめると、CRIF1 欠損は BH4 生合成を阻害し、eNOS のアンカップリングを悪化させた。その結果、NO産生が減少し、酸化ストレスが増加し、内皮機能障害に寄与し、心血管疾患の病態に関与していることが明らかになった。
Downregulation of CR6 interacting factor 1 (CRIF1) has been reported to induce mitochondrial dysfunction, resulting in reduced activity of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and NO production in endothelial cells. Tetrahydrobiopterin (BH4) is an important cofactor in regulating the balance between NO (eNOS coupling) and superoxide production (eNOS uncoupling). However, whether the decreased eNOS and NO production in CRIF1-deficient cells is associated with relative BH4 deficiency-induced eNOS uncoupling remains completely unknown. Our results showed that CRIF1 deficiency increased eNOS uncoupling and depleted levels of total biopterin and BH4 by reducing the enzymes of BH4 biosynthesis (GCH-1, PTS, SPR, and DHFR) in vivo and vitro, respectively. Supplementation of CRIF1-deficient cells with BH4 significantly increased the recovery of Akt and eNOS phosphorylation and NO synthesis. In addition, scavenging ROS with MitoTEMPO treatment replenished BH4 levels by elevating levels of GCH-1, PTS, and SPR, but with no effect on the level of DHFR. Downregulation of DHFR synthesis regulators p16 or p21 in CRIF1-deficient cells partially recovered the DHFR expression. In summary, CRIF1 deficiency inhibited BH4 biosynthesis and exacerbated eNOS uncoupling. This resulted in reduced NO production and increased oxidative stress, which contributes to endothelial dysfunction and is involved in the pathogenesis of cardiovascular diseases.