外因性10 kDa-ヒートショックタンパク質は低酸素/再酸素化後のミトコンドリア機能を保持する

Exogenous 10 kDa-Heat Shock Protein Preserves Mitochondrial Function After Hypoxia/Reoxygenation.

• Leonardo Maciel
• Dahienne Ferreira de Oliveira
• Gustavo Monnerat
• Antonio Carlos Campos de Carvalho
• Jose Hamilton Matheus Nascimento

抄録

虚血性前処理（IPC）中に放出される体液性因子は、虚血/再灌流（I/R）傷害から心筋を保護する。我々は最近、IPC処理した心臓の冠水流出液中に10 kDa-ヒートショックタンパク質（HSP10）と5-10 kDaの小ペプチド（5-10-SP）の一画を同定し、それらの心筋保護の可能性を実証した。ここでは、我々の単離されたミトコンドリアモデルを用いて、外因性のHSP10と5-10-SPがI/R傷害を受けた心筋のミトコンドリア機能に与える影響を明らかにした。ラットの単離灌流心臓を30分間の大脳虚血と10分間の再灌流に供した。虚血の前に、単離された心臓は、生理食塩水または5-10-SPを、ミトコンドリアATP感受性Kチャネルブロッカー（5HD 10μmol-L）またはPKC阻害剤（クレリスリン10μmol-L）の有無にかかわらず、I/Rの前に注入した。ブロッカーを使用せずに、I/R前にHSP10（1μmol-L）を単離された心臓に注入した。10分間の再灌流で、ミトコンドリアを単離し、ミトコンドリア機能を評価した。実験のサブセットにおいて、新鮮に単離されたミトコンドリアを、低酸素／再酸素化の前に、ＨＳＰ１０または５-１０-ｓＰ（５ＨＤまたはキレリスリンの有無にかかわらず）で直接インキュベートした。I/R前の単離された心臓への5-10-SP（n = 5）とHSP10（n = 5）の注入は、I/R群（n = 5）と比較して、ミトコンドリアのADP刺激呼吸、ATP産生を改善し、ミトコンドリアのROS形成を防止した;この効果は、5HDとキレリスリンによって侵害された。低酸素/再酸素化を有する新鮮に分離されたミトコンドリアにおいて、HSP10（n = 16）および5-10-sP（n = 16）のインキュベーションは、ミトコンドリアADP刺激呼吸（91.5 ± 5.1 nmol O2/min/mg PTN）、ATP産生（250.1 ± 9.0 nmol O2/min/mg PTN）の減少を防止した。3μmol ATP/200μg PTN）を抑制し、低酸素/再酸素化によって誘導されるミトコンドリアの活性酸素産生（219.7±9.0nmol H2O2/200μg PTN）を抑制した（n = 12、51．5±5.0nmol O2/min/mg PTN; 187±21.7μmol ATP/200μg PTN; 339.0±14.3nmol H2O2/200μg PTN、それぞれ<0.001)。5HDは、HSP10群のADP刺激呼吸（65.84±3.3 nmol O2/min/mg PTN）、ATP産生（193.7±12.1 μmol ATP/200μg PTN）を減少させ、5-10-SP群の活性酸素（274.4±21.7 nmol H2O2/200μg PTN）を増加させた。ミトコンドリアは、5-10-SPおよびHSP10によって誘導される心筋保護の標的である。この保護は、PKCおよびmK活性化に依存する。HSP10は、ミトコンドリアに直接作用し、mK活性化による低酸素/再酸素化傷害から保護することができる。

Humoral factors released during ischemic preconditioning (IPC) protect the myocardium against ischemia/reperfusion (I/R) injury. We have recently identified 10 kDa-heat shock protein (HSP10) and a fraction of small 5-10 kDa peptides (5-10-sP) in the coronary effluent of IPC-treated hearts and demonstrated their cardioprotective potential. We here used our isolated mitochondria model to characterize the impact of exogenous HSP10 and 5-10-sP on mitochondria function from myocardium subjected to I/R injury. Isolated perfused rat hearts were submitted to 30-min global ischemia and 10-min reperfusion. Before ischemia, isolated hearts were infused with saline or 5-10-sP, with or without a mitochondrial ATP-sensitive-K-channel blocker (5HD 10 μmol·L) or PKC inhibitor (chelerythrine 10 μmol·L), before I/R. HSP10 (1 µmol·L) was infused into isolated hearts before I/R without blockers. At 10-min reperfusion, the mitochondria were isolated and mitochondrial function was assessed. In a subset of experiments, freshly isolated mitochondria were directly incubated with HSP10 or 5-10-sP with or without 5HD or chelerythrine before hypoxia/reoxygenation. Infusion of 5-10-sP (n = 5) and HSP10 (n = 5) into isolated hearts before I/R improved mitochondrial ADP-stimulated respiration, ATP production and prevented mitochondrial ROS formation compared to the I/R group (n = 5); this effect was abrogated by 5HD and chelerythrine. In freshly isolated mitochondria with hypoxia/reoxygenation, HSP10 (n = 16) and 5-10-sP (n = 16) incubation prevented reductions of mitochondrial ADP-stimulated respiration (91.5 ± 5.1 nmol O2/min/mg PTN), ATP production (250.1 ± 9.3 μmol ATP/200μg PTN), and prevented mitochondrial ROS production (219.7 ± 9.0 nmol H2O2/200μg PTN) induced by hypoxia/reoxygenation (n = 12, 51.5 ± 5.0 nmol O2/min/mg PTN; 187 ± 21.7 μmol ATP/200 μg PTN; 339.0 ± 14.3 nmol H2O2/200 μg PTN, < 0.001, respectively). 5HD reduced the ADP-stimulated respiration in the HSP10 group (65.84 ± 3.3 nmol O2/min/mg PTN), ATP production (193.7 ± 12.1 μmol ATP/200μg PTN) and increased ROS in the 5-10-sP group (274.4 ± 21.7 nmol H2O2/200 μg PTN). Mitochondria are a target of the cardioprotection induced by 5-10-sP and HSP10. This protection is dependent of PKC and mK activation. HSP10 can act directly on mitochondria and protects against hypoxia/reoxygenation injury by mK activation.

Copyright © 2020 Maciel, de Oliveira, Monnerat, Campos de Carvalho and Nascimento.