カテプシンAはマウスの細胞外スーパーオキシドジスムターゼを分解することで左室リモデリングに寄与している

Cathepsin A contributes to left ventricular remodeling by degrading extracellular superoxide dismutase in mice.

• Mathias Hohl
• Manuel Mayr
• Lisa Lang
• Alexander G Nickel
• Javier Barallobre Barreiro
• Xiaoke Yin
• Thimoteus Speer
• Simina Ramona Selejan
• Claudia Goettsch
• Katharina Erb
• Claudia Fecher-Trost
• Jan-Christian Reil
• Benedikt Linz
• Sven Ruf
• Thomas Hübschle
• Christoph Maack
• Michael Böhm
• Thorsten Sadowski
• Dominik Linz

抄録

心臓では、セリンカルボキシペプチダーゼであるカテプシンA（CatA）は、リソソームと細胞外マトリックス（ECM）の間に分布している。CatAが介在する細胞外ペプチドの分解は、ECMリモデリングや左室（LV）機能不全に寄与する可能性がある。ここでは、CatA の過剰発現が左室リモデリングに及ぼす影響を評価することを目的とした。CatAによる消化後のマウス成体心筋線維芽細胞のシークレットームのプロテオーム解析により、細胞外抗酸化酵素スーパーオキシドジスムターゼ（EC-SOD）がCatAの新規基質として同定され、EC-SODの存在量が5倍に減少した。インビトロでは、心筋細胞と心筋線維芽細胞の両方がCatAタンパク質を発現・分泌し、心筋線維芽細胞のみがEC-SODタンパク質を発現・分泌していた。心筋細胞特異的CatA過剰発現およびトランスジェニックマウスのLVにおけるCatA活性の増加（CatA-TG）は、EC-SODタンパク質レベルを43％減少させた。EC-SOD介在性抗酸化活性の喪失は、細胞内解毒タンパク質に影響を与えることなく、スーパーオキシドラジカルの有意な蓄積（WT 4.54 vs. CatA-TG 8.62 μmol/mg組織/分）、炎症の増加、心筋肥大（WT 19.8 vs. CatA-TG 21.9 μm）、細胞アポトーシス、および肥大に関連するマーカー遺伝子およびプロ線維化マーカー遺伝子のmRNA発現の上昇をもたらした。CatA-TGマウスでは、LV間質性線維化が19％増強され、I型：III型コラーゲン比は、コラーゲンI線維のより豊富な方にシフトしていた。CatA-TGでの心臓リモデリングは、LV重量：体重比およびLV拡張期容積の増加を伴っていた（WT 50.8 vs. CatA-TG 61.9 μl）。結論として、心臓における CatA 介在性 EC-SOD の減少は、酸化ストレス、心筋肥大、ECM リモデリング、炎症の増加に寄与しており、CatA は心室リモデリングを予防するための潜在的な治療標的であることを示唆している。

In the heart, the serine carboxypeptidase cathepsin A (CatA) is distributed between lysosomes and the extracellular matrix (ECM). CatA-mediated degradation of extracellular peptides may contribute to ECM remodeling and left ventricular (LV) dysfunction. Here, we aimed to evaluate the effects of CatA overexpression on LV remodeling. A proteomic analysis of the secretome of adult mouse cardiac fibroblasts upon digestion by CatA identified the extracellular antioxidant enzyme superoxide dismutase (EC-SOD) as a novel substrate of CatA, which decreased EC-SOD abundance 5-fold. In vitro, both cardiomyocytes and cardiac fibroblasts expressed and secreted CatA protein, and only cardiac fibroblasts expressed and secreted EC-SOD protein. Cardiomyocyte-specific CatA overexpression and increased CatA activity in the LV of transgenic mice (CatA-TG) reduced EC-SOD protein levels by 43%. Loss of EC-SOD-mediated antioxidative activity resulted in significant accumulation of superoxide radicals (WT 4.54 vs. CatA-TG 8.62 μmol/mg tissue/min), increased inflammation, myocyte hypertrophy (WT 19.8 vs. CatA-TG 21.9 μm), cellular apoptosis, and elevated mRNA expression of hypertrophy-related and pro-fibrotic marker genes, without affecting intracellular detoxifying proteins. In CatA-TG mice, LV interstitial fibrosis formation was enhanced by 19%, and the type I:type III collagen ratio was shifted toward higher abundance of collagen I fibers. Cardiac remodeling in CatA-TG was accompanied by an increased LV weight:body weight ratio and LV enddiastolic volume (WT 50.8 vs. CatA-TG 61.9 μl). In conclusion, CatA-mediated EC-SOD reduction in the heart contributes to increased oxidative stress, myocyte hypertrophy, ECM remodeling, and inflammation, implicating CatA as a potential therapeutic target to prevent ventricular remodeling.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.