模擬微小重力および過重力による心筋細胞のカルシウムシグナル伝達の変化

Alteration of calcium signalling in cardiomyocyte induced by simulated microgravity and hypergravity.

• Caizhi Liu
• Guohui Zhong
• Yuezhang Zhou
• Yuchen Yang
• Yingjun Tan
• Yuheng Li
• Xingcheng Gao
• Weijia Sun
• Jianwei Li
• Xiaoyan Jin
• Dengchao Cao
• Xinxin Yuan
• Zizhong Liu
• Shuai Liang
• Youyou Li
• Ruikai Du
• Yinlong Zhao
• Jianqi Xue
• Dingsheng Zhao
• Jinping Song
• Shukuan Ling
• Yingxian Li

抄録

目的:

心筋細胞のCaシグナリングは、興奮-収縮結合の制御や心臓のリモデリングに重要な役割を果たしている。しかし、微小重力や過重力を模擬した場合の心筋細胞の反応やCaシグナル伝達への影響については不明な点が多い。ここでは、HL-1心筋細胞を回転模擬微小重力および4G過重力下で培養した場合の心筋細胞の増殖およびリモデリングのメカニズムを明らかにする。

OBJECTIVES: Cardiac Ca signalling plays an essential role in regulating excitation-contraction coupling and cardiac remodelling. However, the response of cardiomyocytes to simulated microgravity and hypergravity and the effects on Ca signalling remain unknown. Here, we elucidate the mechanisms underlying the proliferation and remodelling of HL-1 cardiomyocytes subjected to rotation-simulated microgravity and 4G hypergravity.

材料および方法:

本研究では、心筋細胞株HL-1を用いた。クリノスタットと遠心分離機を用いて、微小重力と高重力の細胞への影響を研究した。カルシウムシグナル伝達は、レーザー走査共焦点顕微鏡を用いて検出した。タンパク質およびmRNAレベルは、それぞれウエスタンブロッティングおよびリアルタイムPCRによって検出された。小麦胚芽アグルチニン（WGA）染色を用いて細胞サイズを分析した。

MATERIALS AND METHODS: The cardiomyocyte cell line HL-1 was used in this study. A clinostat and centrifuge were used to study the effects of microgravity and hypergravity, respectively, on cells. Calcium signalling was detected with laser scanning confocal microscopy. Protein and mRNA levels were detected by Western blotting and real-time PCR, respectively. Wheat germ agglutinin (WGA) staining was used to analyse cell size.

結果:

我々のデータは、HL-1 細胞において、微小重力と 4G 過重力を模擬した後、自発的なカルシウム振動と細胞質カルシウム濃度の両方が増加していることを示した。細胞質カルシウムの増加は、カルモデュリン依存性プロテインキナーゼII/ヒストン脱アセチル化酵素4（CaMKII/HDAC4）シグナルの活性化と胎児遺伝子ANPとBNPのアップレギュレーションにつながり、心臓のリモデリングを示唆している。WGA 染色により、細胞サイズは回転模擬微小重力下では減少し、4G 過重力下では増加することが示された。さらに、HL-1細胞の増殖は過重力下では有意に増加したが、回転模擬微小重力下では増加しなかった。

RESULTS: Our data showed that spontaneous calcium oscillations and cytosolic calcium concentration are both increased in HL-1 cells after simulated microgravity and 4G hypergravity. Increased cytosolic calcium leads to activation of calmodulin-dependent protein kinase II/histone deacetylase 4 (CaMKII/HDAC4) signalling and upregulation of the foetal genes ANP and BNP, indicating cardiac remodelling. WGA staining indicated that cell size was decreased following rotation-simulated microgravity and increased following 4G hypergravity. Moreover, HL-1 cell proliferation was increased significantly under hypergravity but not rotation-simulated microgravity.

結論:

本研究では、Ca/CaMKII/HDAC4シグナルが回転模擬微小重力下および過重力下での心筋リモデリングにおいて極めて重要な役割を果たしていることを初めて明らかにした。

CONCLUSIONS: Our study demonstrates for the first time that Ca /CaMKII/HDAC4 signalling plays a pivotal role in myocardial remodelling under rotation-simulated microgravity and hypergravity.

© 2020 The Authors. Cell Proliferation Published by John Wiley & Sons Ltd.