ヒストンメチル化酵素KMT2Dをコードする遺伝子の機能喪失は、ミトコンドリア呼吸の調節障害につながる

Loss of Function of the Gene Encoding the Histone Methyltransferase KMT2D Leads to Deregulation of Mitochondrial Respiration.

• Consiglia Pacelli
• Iolanda Adipietro
• Natascia Malerba
• Gabriella Maria Squeo
• Claudia Piccoli
• Angela Amoresano
• Gabriella Pinto
• Pietro Pucci
• Ji-Eun Lee
• Kai Ge
• Nazzareno Capitanio
• Giuseppe Merla

抄録

KMT2Dは、ヒストン3リジン4（H3K4）のモノ/ジメチル化に関与するメチル化酵素をコードする遺伝子であり、活発な転写と相関するエピジェネティックマークである。ここでは、歌舞伎症候群1型の原因となる病原性機能低下バリアントがミトコンドリアの代謝プロファイルに影響を与える可能性があるという仮説を検証した。シーホース技術を用いて、ヘテロ接合性の病原性バリアントを持つ歌舞伎患者のノックアウトMEFと皮膚線維芽細胞の両方において、ミトコンドリアの酸素消費量の有意な減少と解糖フラックスの減少を示した。中間代謝物の質量分析により、解糖およびTCAサイクル経路の変化が確認された。観察された代謝表現型は、活性酸素種の産生の有意な増加を伴っていた。また、ミトコンドリア呼吸鎖複合体の活性を測定したところ、CI（NADH 脱水素酵素）と CIV（チトクローム c 酸化酵素）が有意に阻害されることが明らかになった。最後に、グルコースの酸化機能が低下し、長鎖脂肪酸の酸化に依存していることを明らかにしました。以上の結果から、KMT2D-nullまたは機能低下型のミトコンドリア代謝表現型の再構築が歌舞伎病の発症に関与していることが明らかになり、代謝リプログラミングが新たな治療法の可能性を示唆していると考えられる。

encodes a methyltransferase responsible for histone 3 lysine 4 (H3K4) mono-/di-methylation, an epigenetic mark correlated with active transcription. Here, we tested the hypothesis that pathogenic loss-of-function variants, which causes the Kabuki syndrome type 1, could affect the mitochondrial metabolic profile. By using Seahorse technology, we showed a significant reduction of the mitochondrial oxygen consumption rate as well as a reduction of the glycolytic flux in both knockout MEFs and skin fibroblasts of Kabuki patients harboring heterozygous pathogenic variants. Mass-spectrometry analysis of intermediate metabolites confirmed alterations in the glycolytic and TCA cycle pathways. The observed metabolic phenotype was accompanied by a significant increase in the production of reactive oxygen species. Measurements of the specific activities of the mitochondrial respiratory chain complexes revealed significant inhibition of CI (NADH dehydrogenase) and CIV (cytochrome c oxidase); this result was further supported by a decrease in the protein content of both complexes. Finally, we unveiled an impaired oxidation of glucose and larger reliance on long-chain fatty acids oxidation. Altogether, our findings clearly indicate a rewiring of the mitochondrial metabolic phenotype in the KMT2D-null or loss-of-function context that might contribute to the development of Kabuki disease, and represents metabolic reprogramming as a potential new therapeutic approach.