マクロファージの炎症反応におけるグルタチオンとグルタミン酸システインリガーゼのダウンレギュレーション

Down regulation of glutathione and glutamate cysteine ligase in the inflammatory response of macrophages.

• Hongqiao Zhang
• Sarah Jiuqi Zhang
• Natalie Lyn
• Abigail Florentino
• Andrew Li
• Kelvin J A Davies
• Henry Jay Forman

抄録

グルタチオン（GSH）は、抗酸化酵素のマスター基質として、また重要な抗炎症剤として作用し、炎症反応において重要な役割を果たしている。マクロファージの炎症反応の初期段階では、グルタミン酸システインリガーゼ（GCLC）の触媒サブユニットのダウンレギュレーションにより、GSH含量が減少する。本研究では、この現象の根底にあるメカニズムを明らかにした。ヒトTHP1分化型マクロファージでは、GCLC mRNAの半減期は基底条件下で4時間であったが、リポ多糖（LPS）に曝露すると2時間以下にまで低下した。GCLCタンパク質の半減期は基底条件下では10時間以上であり、LPS曝露時にはGCLCタンパク質の分解速度が有意に増加した。カスパーゼ阻害剤Z-VAD-FMKは、プロテアソーム阻害剤MG132ではなく、パンカスパーゼ阻害剤Z-VAD-FMKがLPS曝露によるGCLCタンパク質のダウンレギュレーションを抑制した。カスパーゼ阻害剤Z-LEVD-FMKとカスパーゼ5のsiRNAの両方が、LPSによって誘発されたGCLCタンパク質の分解を阻害した。また、GCLC の産物であるγ-GC を添加することで、効率的に GSH 量を回復させ、LPS による NF-κB 活性の誘導を抑制することができました。以上の結果から、マクロファージの炎症反応におけるGCLCのダウンレギュレーションは、mRNAの増加とカスパーゼ-5を介したGCLCタンパク質の分解の両方を介しており、γ-GCはGSHを回復させ、炎症反応を調節するための効率的な薬剤であることが示唆された。

Glutathione (GSH) plays critical roles in the inflammatory response by acting as the master substrate for antioxidant enzymes and an important anti-inflammatory agent. In the early phase of the inflammatory response of macrophages, GSH content is decreased due to the down regulation of the catalytic subunit of glutamate cysteine ligase (GCLC). In the current study we investigated the underlying mechanism for this phenomenon. In human THP1-differentiated macrophages, GCLC mRNA had a half-life of 4 h under basal conditions, and it was significantly reduced to less than 2 h upon exposure to lipopolysaccharide (LPS), suggesting an increased decay of GCLC mRNA in the inflammatory response. The half-life of GCLC protein was >10 h under basal conditions, and upon LPS exposure the degradation rate of GCLC protein was significantly increased. The pan-caspase inhibitor Z-VAD-FMK but not the proteasome inhibitor MG132, prevented the down regulation of GCLC protein caused by LPS. Both caspase inhibitor Z-LEVD-FMK and siRNA of caspase-5 abrogated LPS-induced degradation of GCLC protein. In addition, supplement with γ-GC, the GCLC product, efficiently restored GSH content and suppressed the induction of NF-κB activity by LPS. In conclusion, these data suggest that GCLC down-regulation in the inflammatory response of macrophages is mediated through both increased mRNA decay and caspase-5-mediated GCLC protein degradation, and γ-GC is an efficient agent to restore GSH and regulate the inflammatory response.

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