サイクリックヌクレオチドチャネル欠損症におけるcGMP/PKGシグナリング誘発コーン変性に対するリアノジン受容体2のアップレギュレーションの可能性

Potential contribution of ryanodine receptor 2 upregulation to cGMP/PKG signaling-induced cone degeneration in cyclic nucleotide-gated channel deficiency.

• Fan Yang
• Hongwei Ma
• Michael R Butler
• Xi-Qin Ding

抄録

杆体光受容体およびコーン光受容体のCa流入を制御する環状ヌクレオチドゲート（CNG）チャネル。コーンCNGチャネルサブユニットCNGA3およびCNGB3の変異は、無色症およびコーンジストロフィーと関連している。機能的なコーンCNGチャネルを欠損したマウスは、小胞体（ER）ストレスに関連したコーン変性を示す。円錐体変性症には、環状グアノシン一リン酸(cGMP)/cGMP依存性プロテインキナーゼ(PKG)シグナルの上昇とER Caチャネルであるリアノジン受容体2(RyR2)のアップレギュレーションが関与していることが知られている。本研究では、CGMP/PKG シグナル誘導性の ER ストレスとコーン変性に対する RyR2 の潜在的な寄与について検討した。その結果、RyR2の発現と活性はcGMP/PKGシグナルによって高度に制御されていることを明らかにした。網膜グアニル酸シクラーゼ1を欠失させたcGMPの枯渇や、化学的阻害剤を用いたPKGの阻害は、CNGチャネル欠損症におけるRyR2のアップレギュレーションを抑制した。cGMPの枯渇またはRyr2の欠失は、アンフォールドタンパク応答/ERストレス、CCAAT-エンハンサー結合タンパク質相同タンパク質の活性化、および環状アデノシン一リン酸応答エレメント結合タンパク質の活性化を同等に阻害し、早期発症のコーン保護につながった。さらに、cGMP処理は、培養光受容体由来のWeri-Rb1細胞においてRyr2の発現を有意に増加させた。本研究から得られた知見は、網膜におけるRyR2に対するcGMP/PKGシグナルの制御を実証し、cGMP/PKGシグナル誘導性小胞ストレスおよび光受容体変性におけるRyR2のアップレギュレーションの役割を支持するものである。

Photoreceptor cyclic nucleotide-gated (CNG) channels regulate Ca influx in rod and cone photoreceptors. Mutations in cone CNG channel subunits CNGA3 and CNGB3 are associated with achromatopsia and cone dystrophies. Mice lacking functional cone CNG channel show endoplasmic reticulum (ER) stress-associated cone degeneration. The elevated cyclic guanosine monophosphate (cGMP)/cGMP-dependent protein kinase (PKG) signaling and upregulation of the ER Ca channel ryanodine receptor 2 (RyR2) have been implicated in cone degeneration. This work investigates the potential contribution of RyR2 to cGMP/PKG signaling-induced ER stress and cone degeneration. We demonstrated that the expression and activity of RyR2 were highly regulated by cGMP/PKG signaling. Depletion of cGMP by deleting retinal guanylate cyclase 1 or inhibition of PKG using chemical inhibitors suppressed the upregulation of RyR2 in CNG channel deficiency. Depletion of cGMP or deletion of Ryr2 equivalently inhibited unfolded protein response/ER stress, activation of the CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein, and activation of the cyclic adenosine monophosphate response element-binding protein, leading to early-onset cone protection. In addition, treatment with cGMP significantly enhanced Ryr2 expression in cultured photoreceptor-derived Weri-Rb1 cells. Findings from this work demonstrate the regulation of cGMP/PKG signaling on RyR2 in the retina and support the role of RyR2 upregulation in cGMP/PKG signaling-induced ER stress and photoreceptor degeneration.

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