CEES誘導活性酸素蓄積はケラチノサイトのミトコンドリア合併症と炎症反応を制御している

CEES-induced ROS accumulation regulates mitochondrial complications and inflammatory response in keratinocytes.

• Silpa Sabnam
• Huma Rizwan
• Sweta Pal
• Arttatrana Pal

抄録

活性酸素種（ROS）は主にミトコンドリアの電子輸送鎖（ETC）からの副産物として産生され、細胞内の抗酸化物質によって効果的に除去されるが、2-クロロエチルエチルスルフィド（CEES）に曝露すると抗酸化能力が低下し、活性酸素の蓄積が増加してミトコンドリアの活性が変化し、アポトーシスを引き起こす。しかし、ケラチノサイトへの2-クロロエチルエチルスルフィド(CEES)曝露は抗酸化能を低下させ、ミトコンドリア活性の変化とアポトーシスを誘発する活性酸素の蓄積を増加させたことは明らかにされていない。本研究では、ケラチノサイトにおけるスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)、マンガンSOD(MnSOD)、銅-亜鉛SOD(Cu-ZnSOD)の活性を低下させるCEES曝露量の増加に伴い、障害されたミトコンドリアからの電子漏洩が活性酸素の蓄積につながることを明らかにした。さらに、活性酸素の過剰蓄積により、ミトコンドリア膜電位(ΔΨm)が低下し、ミトコンドリア量が増加した。CEES曝露は、ミトコンドリア転写因子Aの発現低下を誘発し、ミトコンドリアDNA(mtDNA)損傷を増大させ、mtDNAがコードする酸化的リン酸化(OXPHOS)サブユニットを変化させた。さらに、断片化されたmtDNAはサイトゾルに移動し、そこでcGAS-STINGとインターフェロン調節因子3（IRF3）を活性化し、炎症性メディエーターの発現の増加と細胞間コミュニケーションマーカーの変化と一致した。N-アセチル-l-システイン（NAC）またはL-Nω-ニトロアルギニンメチルエステル（NAME）、ヒドラジン塩酸塩（Hyd-HCl）、またはERK1/2またはphosphoinositide3-kinase（PI3-K）/Akt阻害剤をケラチノサイト細胞に前処理すると、CEESの効果が有意に回復した。これらの知見は、CEESによるミトコンドリアの活性酸素の産生と蓄積が、ケラチノサイトにおけるミトコンドリアの機能不全と炎症反応につながることを示唆している。しかし、抗酸化剤やERK1/2やPI3-K/Akt阻害剤の治療は、ケラチノサイトの合併症に対する新しい治療法の選択肢である。

Reactive oxygen species (ROS) is mainly produced as a by-product from electron transport chain (ETC) of mitochondria and effectively eliminated by cellular antioxidants. However, 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) exposure to keratinocytes declined antioxidant capacity and increased accumulation of ROS triggered alteration of mitochondrial activity and apoptosis is lacking. Our findings demonstrated that the electron leakage from the impaired ETC, leading to the accumulation of ROS was gradually elevating with increasing concentration of CEES exposure, which decline the activity of superoxide dismutase (SOD), manganese SOD (MnSOD) and copper-zinc SOD (Cu-ZnSOD) in keratinocytes. Further, excess accumulation of ROS, decreased the mitochondrial membrane potential (ΔΨm) and increased the mitochondrial mass with increasing dose of CEES. CEES exposure provoked the decrease in expression of transcription factor A mitochondrial (TFAM), augmented mitochondrial DNA (mtDNA) damage and altered the mtDNA-encoded oxidative phosphorylation (OXPHOS) subunits. Moreover, fragmented mtDNA translocated into cytosol, where it activated cGAS-STING and interferon regulatory factor3 (IRF3), coinciding with the increased expression of inflammatory mediators and alteration of cell-to-cell communication markers. Pre-treatment of N-acetyl-l-cysteine (NAC) or L-Nω-nitroarginine methyl ester (NAME), hydralazine hydrochloride (Hyd·HCl) or ERK1/2 or phosphoinositide3-kinase (PI3-K)/Akt inhibitors in keratinocyte cells significantly restored the CEES effect. Our findings suggest that CEES-induced mitochondrial ROS production and accumulation leads to mitochondrial dysfunction and inflammatory response in keratinocytes. However, treatment of antioxidants or ERK1/2 or PI3-K/Akt inhibitors is a novel therapeutic option for the keratinocytes complication.

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