肝虚血再灌流障害におけるグリコーゲン合成酵素キナーゼ3のN末端セリンリン酸化のアイソフォームと細胞型特異的な役割

Isoform- and Cell Type-Specific Roles of Glycogen Synthase Kinase 3 N-Terminal Serine Phosphorylation in Liver Ischemia Reperfusion Injury.

• Ming Ni
• Haoming Zhou
• Jing Zhang
• Dan Jin
• Tianfei Lu
• Ronald W Busuttil
• Jerzy W Kupiec-Weglinski
• Xuehao Wang
• Yuan Zhai

抄録

グリコーゲン合成酵素キナーゼ3（Gsk3）αおよびβは、N末端セリンリン酸化刺激により活性化および阻害される。肝虚血再灌流傷害(IRI)における活性Gsk3の役割はよく理解されているが、Gsk3のN末端セリンリン酸化が疾患過程において機能的な意義を持つかどうかは不明である。我々は、マウス肝部分温熱虚血モデルにおいて、Gsk3 N末端セリン変異体ノックイン（KI）マウスを用いて研究を行い、Gsk3αS21Aでは肝動脈硬化が減少し、Gsk3βS9A変異体KIマウスでは肝動脈硬化が増加することを明らかにした。骨髄キメラ実験では、肝実質のGsk3α変異は肝臓IRIから保護されるが、β変異は保護されず、骨髄由来細胞の両方の変異は肝臓障害を悪化させることが明らかになった。変異型Gsk3αは、HIV-1 TAT-interactive protein 60 (TIP60)を介したオートファジー経路の活性化により、炎症性（TNF-α）細胞死から肝細胞を保護することがメカニズム的に示された。TIP60やオートファジーを薬理学的に阻害することにより、Gsk3α変異体肝細胞の炎症性細胞死からの保護がin vitroでは減少し、Gsk3α変異体KIマウスの肝臓IRIからの保護がin vivoでは減少した。このように、Gsk3のN末端セリンリン酸化は肝臓の自然免疫活性化を阻害するが、炎症に反応して肝細胞のオートファジーを抑制する。Gsk3のαS21変異は、肝細胞におけるGsk4活性を維持し、TIP60活性化を介してIRIから肝臓を保護するのに十分である。

Glycogen synthase kinase 3 (Gsk3) α and β are both constitutively active and inhibited upon stimulation by N-terminal serine phosphorylation. Although roles of active Gsk3 in liver ischemia reperfusion injury (IRI) have been well appreciated, whether Gsk3 N-terminal serine phosphorylation has any functional significance in the disease process remains unclear. In a murine liver partial warm ischemia model, we studied Gsk3 N-terminal serine mutant knock-in (KI) mice and showed that liver IRI was decreased in Gsk3αS21A but increased in Gsk3βS9A mutant KI mice. Bone marrow chimeric experiments revealed that the Gsk3α, but not β, mutation in liver parenchyma protected from IRI, and both mutations in bone marrow-derived cells exacerbated liver injuries. Mechanistically, mutant Gsk3α protected hepatocytes from inflammatory (TNF-α) cell death by the activation of HIV-1 TAT-interactive protein 60 (TIP60)-mediated autophagy pathway. The pharmacological inhibition of TIP60 or autophagy diminished the protection of the Gsk3α mutant hepatocytes from inflammatory cell death in vitro and the Gsk3α mutant KI mice from liver IRI in vivo. Thus, Gsk3 N-terminal serine phosphorylation inhibits liver innate immune activation but suppresses hepatocyte autophagy in response to inflammation. Gsk3 αS21, but not βS9, mutation is sufficient to sustain Gsk4 activities in hepatocytes and protect livers from IRI via TIP60 activation.

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