プリオンペプチドを介したカルシウムレベルの変化は、AMPK-オートファジーフラックスを介して神経細胞の損傷を支配している

Prion peptide-mediated calcium level alteration governs neuronal cell damage through AMPK-autophagy flux.

• Ji-Hong Moon
• Sang-Youel Park

抄録

背景:

プリオン蛋白質PrPscの特徴的な分子構造は、感染性プリオン病の哺乳類でのみ確立されている。プリオン蛋白質は、感染性の病原体そのものか、あるいは病気の主要な構成要素のいずれかを特徴づけるものである。我々の報告では、プリオン蛋白質を介した神経細胞死はオートファジーフラックスによって引き起こされることが示唆されている。しかし、プリオンモデルにおける細胞内カルシウムレベル、AMPK活性の変化については、これまで記載されていませんでした。本研究では、細胞内カルシウムレベルの変化が、AMPK/オートファジーフラックス経路およびPrP(106-126)誘発神経毒性に及ぼす影響に焦点を当てている。

BACKGROUND: The distinctive molecular structure of the prion protein, PrPsc, is established only in mammals with infectious prion diseases. Prion protein characterizes either the transmissible pathogen itself or a primary constituent of the disease. Our report suggested that prion protein-mediated neuronal cell death is triggered by the autophagy flux. However, the alteration of intracellular calcium levels, AMPK activity in prion models has not been described. This study is focused on the effect of the changes in intracellular calcium levels on AMPK/autophagy flux pathway and PrP (106-126)-induced neurotoxicity.

方法:

ウエスタンブロットおよびイムノサイトケミストリーを用いて、AMPKおよびオートファジー関連タンパク質の発現を検出した。アポトーシス細胞の割合の検出にはフローサイトメトリーとTdT媒介ビオチン-16-dUTPニックエンドラベリング（TUNEL）アッセイを用いた。カルシウムの測定には共焦点顕微鏡によるfluo-4を用いた。

METHODS: Western blot and Immunocytochemistry was used to detect AMPK and autophagy-related protein expression. Flow cytometry and a TdT-mediated biotin-16-dUTP nick-end labeling (TUNEL) assay were used to detect the percentage of apoptotic cells. Calcium measurement was employed using fluo-4 by confocal microscope.

結果:

ヒトプリオンペプチドによるカルシウム恒常性の変化が神経細胞のオートファジーフラックスに及ぼす影響を調べた。ヒトプリオンペプチドを投与すると、細胞内カルシウム濃度が上昇し、初代神経細胞および神経細胞株で細胞死が誘導された。薬理学的阻害剤を用いて、L型カルシウムチャネルがカルシウムイオンの細胞内への取り込みに関与していることを示した。カルシウムの取り込みを阻害することで、ヒトプリオンペプチドによって誘導されるオートファジー細胞死やAMP活性化プロテインキナーゼ(AMPK)活性の低下を抑制することができた。

RESULTS: We examined the effect of calcium homeostasis alterations induced by human prion peptide on the autophagy flux in neuronal cells. Treatment with human prion peptide increased the intracellular calcium concentration and induced cell death in primary neurons as well as in a neuronal cell line. Using pharmacological inhibitors, we showed that the L-type calcium channel is involved in the cellular entry of calcium ions. Inhibition of calcium uptake prevented autophagic cell death and reduction in AMP-activated protein kinase (AMPK) activity induced by human prion peptide.

結論:

本研究では、プリオンペプチドを介したカルシウム流入が、プリオンペプチド誘導によるオートファジー細胞死や神経細胞のAMPK活性低下に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。以上の結果から、カルシウム流入がプリオン病を含む神経変性疾患において重要な役割を果たしている可能性が示唆された。ビデオ概要

CONCLUSION: Our data demonstrated that prion peptide-mediated calcium inflow plays a pivotal role in prion peptide-induced autophagic cell death, and reduction in AMPK activity in neurons. Altogether, our results suggest that calcium influx might play a critical role in neurodegenerative diseases, including prion diseases. Video Abstract.