ホスホグリセリン酸ムターゼ5のノックダウンは、Drp1を介したミトコンドリア機能障害を介して、外傷性脳損傷後の神経細胞障害を緩和する

Phosphoglycerate Mutase 5 Knockdown Alleviates Neuronal Injury After Traumatic Brain Injury Through Drp1-Mediated Mitochondrial Dysfunction.

• Yuhua Chen
• Kai Gong
• Quanhua Xu
• Jiao Meng
• Tianlin Long
• Cuicui Chang
• Zhanxiang Wang
• Wei Liu

抄録

外傷性脳損傷（TBI）は障害と死亡の主な原因であり、ミトコンドリア機能障害のメカニズムをよりよく理解することは、神経細胞障害による損傷を予防するための重要なターゲットを提供します。ホスホグリセリン酸ムターゼ5(PGAM5)はミトコンドリア外膜-内膜接触部位に局在しており、PGAM5-Drp1経路はミトコンドリア機能障害や細胞死に関与している。本研究では、PGAM5が神経細胞傷害やミトコンドリア機能不全に及ぼす影響を評価することを目的とした。 PGAM5は、TBIを受けたマウスおよび機械的等軸延伸により損傷を受けた初代皮質ニューロンにおいて過剰発現していた。PGAM5欠損は、神経炎症を緩和し、TBIマウスモデルにおいて、ミトコンドリアへのParkin、PINK1、Drp1の転座を阻害し、Drp1のリン酸化異常、ミトコンドリアの超微細構造変化、神経機能不全を抑制した。PGAM5-shRNA（short hairpin RNA）は、Ser622上のp-Drp1の脱リン酸化（ヒトDrp1 Ser616）とSer643上のDrp1のリン酸化（ヒトDrp1 Ser637）を含むDrp1の転座と活性化を減少させた。ストレッチ誘発初代皮質ニューロンにおける炎症性サイトカインのレベル、ミトコンドリア障害の程度（ミトコンドリア膜電位、ADP/ATP、AMP/ADP、抗酸化能）、およびニューロン傷害は、PGAM5の発現を阻害することによって減少した。PGAM5の阻害は、ミトコンドリア分裂阻害剤-1（Mdivi1）を介したDrp1阻害と同様に、Drp1の活性化を抑制する神経保護効果があることがわかった。 我々の知見は、TBIのDrp1活性化（Ser622上のp-Drp1の脱リン酸化とSer643上のDrp1のリン酸化）を介したミトコンドリア機能障害からの神経損傷の進行にPGAM5が重要な役割を果たしていることを示している。このデータは、TBIの神経病理を予防するための新薬開発の窓を開く可能性がある。

Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of disability and death, and a better understanding of the underlying mechanisms of mitochondrial dysfunction will provide important targets for preventing damage from neuronal insults. Phosphoglycerate mutase 5 (PGAM5) is localized to the mitochondrial outer-inner membrane contact sites, and the PGAM5-Drp1 pathway is involved in mitochondrial dysfunction and cell death. The purpose of this project was to evaluate the effects of PGAM5 on neuronal injury and mitochondrial dysfunction. PGAM5 was overexpressed in mice subjected to TBI and in primary cortical neurons injured by mechanical equiaxial stretching. PGAM5 deficiency alleviated neuroinflammation, blocked Parkin, PINK1, and Drp1 translocation to mitochondria and abnormal phosphorylation of Drp1, mitochondrial ultrastructural changes, and nerve malfunction in TBI mouse model. PGAM5-shRNA (short hairpin RNA) reduced Drp1 translocation and activation, including dephosphorylation of p-Drp1 on Ser622 (human Drp1 Ser616) and phosphorylation of Drp1 on Ser643 (human Drp1 Ser637). The levels of inflammatory cytokines, the degree of mitochondrial impairment (mitochondrial membrane potential, ADP/ATP, AMP/ADP, antioxidant capacity), and neuronal injury in stretch-induced primary cortical neurons were reduced by blocking expression of PGAM5. The inhibition of PGAM5 is neuroprotective attenuation of Drp1 activation, similar to that achieved by mitochondrial division inhibitor-1 (Mdivi1)-mediated Drp1 inhibition. Our findings demonstrate the critical role of PGAM5 in progression of neuronal injury from TBI Drp1 activation (dephosphorylation of p-Drp1 on Ser622 and phosphorylation of Drp1 on Ser643)-mediated mitochondrial dysfunction. The data may open a window for developing new drugs to prevent the neuropathology of TBI.