ニッケルナノ粒子で誘導されたGC-1細胞のアポトーシスにおけるPI3K/AKT/mTORシグナル伝達経路の効果とメカニズムの解明

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Chemosphere.2020 Sep;255:126913. S0045-6535(20)31106-1. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.126913.Epub 2020-04-27.

ニッケルナノ粒子で誘導されたGC-1細胞のアポトーシスにおけるPI3K/AKT/mTORシグナル伝達経路の効果とメカニズムの解明

Effect and mechanism of PI3K/AKT/mTOR signaling pathway in the apoptosis of GC-1 cells induced by nickel nanoparticles.

Yongya Wu
Jun Ma
Yufei Sun
Meng Tang
Lu Kong

PMID: 32402875 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126913.

抄録

ニッケルナノ粒子（Ni NP）は、幅広い応用が期待されているが、生殖系に対する安全性の評価はまだ不十分である。現在、男性の不妊症の発生率が増加していることから、男性のリプロダクティブヘルスが広く懸念されている。これまでの研究では、Ni NPが男性生殖毒性を引き起こす可能性があることが示されている。本研究の目的は、GC-1細胞、マウス精液腺細胞株でのNi NPsの毒性を調査し、PI3K/AKT/mTORシグナル伝達経路を介してアポトーシスの誘導の基礎となる可能性のあるメカニズムを探ることであった。まず、透過型電子顕微鏡下で細胞構造を観察した。次に、細胞増殖、細胞周期、アポトーシスをそれぞれCCK-8およびフローサイトメトリーで検出した。さらに、関連するタンパク質や遺伝子の発現量をウエスタンブロットおよび逆転写ポリメラーゼ連鎖反応によりそれぞれ測定した。その結果、Ni NPは、細胞の微細構造の変化、生存率の低下、G1期細胞周期の停止を引き起こすだけでなく、PI3K/AKT/mTORシグナル伝達経路を阻害してアポトーシス経路を活性化することが明らかになった。本研究の結果は、Ni NPの生殖毒性のメカニズムを探るための新規な洞察を提供し、Ni NPの安全性評価基準を開発するための大きな意義がある。

Nickel nanoparticles (Ni NPs) have a wide range of application prospects, but there is still a lack of their safety evaluation for the reproductive system. Nowadays, male reproductive health has been widely concerned because of the increasing incidence of male infertility. Studies have shown that Ni NPs can cause male reproductive toxicity. The purpose of this study was to investigate the toxicity of Ni NPs on GC-1 cells, a mouse spermatogonia cell line, and to explore the possible mechanism underlying the induction of apoptosis via PI3K/AKT/mTOR signaling pathway. The cell ultrastructure was firstly observed under a transmission electron microscope. Then, cell proliferation, cycle and apoptosis were detected by CCK-8 and flow cytometry, respectively. Furthermore, the expression levels of related proteins and genes were determined by Western blot and Reverse transcription-polymerase chain reaction, respectively. The results showed that Ni NPs could not only cause changes in cell ultrastructure, decreased survival rate and arrested G1 phase cell cycle, but also activated apoptosis pathway by inhibiting the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway. The results of this study provide novel insights to explore the mechanisms of reproductive toxicity of Ni NPs and are of great significance to develop safety evaluation criteria for Ni NPs.