マウス角膜上皮細胞におけるポリモーダル感覚伝達

Polymodal Sensory Transduction in Mouse Corneal Epithelial Cells.

• Luka Lapajne
• Monika Lakk
• Oleg Yarishkin
• Lara Gubeljak
• Marko Hawlina
• David Križaj

抄録

目的:

コンタクトレンズや浸透圧ストレス、化学的な火傷などは、角膜にダメージを与えることで激しい不快感や視力低下を引き起こす可能性があるが、角膜上皮細胞（CEC）が外部ストレスを感知するために使用するシグナル伝達機構についてはよくわかっていない。そこで我々は、マウス角膜上皮細胞の膨潤、温度、ひずみ、化学物質の伝達機構を調べた。

Purpose: Contact lenses, osmotic stressors, and chemical burns may trigger severe discomfort and vision loss by damaging the cornea, but the signaling mechanisms used by corneal epithelial cells (CECs) to sense extrinsic stressors are not well understood. We therefore investigated the mechanisms of swelling, temperature, strain, and chemical transduction in mouse CECs.

方法:

マウス角膜から分離された解離CECおよび上皮シートにおけるメカノトランスダクションの追跡には、電気生理学、薬理学、転写解析、免疫組織化学、およびアデノシン三リン酸（ATP）放出の生物発光アッセイと組み合わせた細胞内カルシウムイメージングを使用した。

Methods: Intracellular calcium imaging in conjunction with electrophysiology, pharmacology, transcript analysis, immunohistochemistry, and bioluminescence assays of adenosine triphosphate (ATP) release were used to track mechanotransduction in dissociated CECs and epithelial sheets isolated from the mouse cornea.

結果:

マウス角膜上皮の一過性受容体電位バニロイド（TRPV）のトランスクリプトームは、Trpv4が優勢で、Trpv2、Trpv3、そして低レベルのTrpv1 mRNAが続いた。TRPV4タンパク質は基底および中間上皮層、角化細胞、内皮に局在していたのに対し、TRPV1は上皮内求心性細胞とCECのまばらなサブセットに限定されていた。TRPV4アゴニストGSK1016790Aは陽イオンの流入とカルシウムの上昇を誘導したが、これらは選択的ブロッカーHC067047によって廃止された。低張性溶液、膜ひずみ、および中等度の熱は、HC067047の影響を受けやすく、ひずみ誘発シグナルではなく、膨潤および温度誘発シグナルを伴って[Ca2+]CECを上昇させた。GSK1016790Aとスウェリングはカルシウム依存性ATP放出を誘発したが、これはHC067027とヘミチャネルブロッカーであるプロベネシドによって抑制された。

Results: The transient receptor potential vanilloid (TRPV) transcriptome in the mouse corneal epithelium is dominated by Trpv4, followed by Trpv2, Trpv3, and low levels of Trpv1 mRNAs. TRPV4 protein was localized to basal and intermediate epithelial strata, keratocytes, and the endothelium in contrast to the cognate TRPV1, which was confined to intraepithelial afferents and a sparse subset of CECs. The TRPV4 agonist GSK1016790A induced cation influx and calcium elevations, which were abolished by the selective blocker HC067047. Hypotonic solutions, membrane strain, and moderate heat elevated [Ca2+]CEC with swelling- and temperature-, but not strain-evoked signals, sensitive to HC067047. GSK1016790A and swelling evoked calcium-dependent ATP release, which was suppressed by HC067027 and the hemichannel blocker probenecid.

結論:

これらの結果から、TRPV4 を介したカチオンの流入は、浸透圧と熱の入力を CEC に伝達し、ひずみの入力は伝達しないが、ヘミチャネル依存性の ATP 放出を促進することが明らかになった。TRPV4-ヘミチャネル-ATPシグナル伝達軸は、過度の機械的、浸透圧的、化学的刺激によって誘発される角膜の痛みを調節する可能性がある。

Conclusions: These results demonstrate that cation influx via TRPV4 transduces osmotic and thermal but not strain inputs to CECs and promotes hemichannel-dependent ATP release. The TRPV4-hemichannel-ATP signaling axis might modulate corneal pain induced by excessive mechanical, osmotic, and chemical stimulation.