前回に引き続き、2019年度の9号目のネイチャーのハイライトより。
----------------------------------------------------------
心血管生物学：IDO1が一重項酸素分子を介して血管の弛緩を調節する
Nature 566, 7745
2019年2月28日
心血管生物学：IDO1が一重項酸素分子を介して血管の弛緩を調節する
Nature 566, 7745
2019年2月28日
血管の炎症は、動脈内皮細胞を刺激してインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（IDO）を発現させる。この酵素はトリプトファンのN-ホルミルキヌレニンへの酸化に関与し、N-ホルミルキヌレニンはその後キヌレニンへと変換される。血管径の調節におけるIDOの役割には、このキヌレニンが介在すると考えられてきた。しかし今回C Stanleyたちは、キヌレニンが血管径を調節していないことを明らかにし、さらに、IDO1が一重項酸素分子（^1O_2）の形成にも関与しており、この^1O_2が続いて内皮細胞でL-トリプトファンをシス-ヒドロペルオキシド（cis-WOOH）へと変換するという予想外の知見を得た。cis-WOOHは次に血管平滑筋細胞にシグナルを出し、PKG1αの酸化還元二量体化とそれに続くプロテインキナーゼG1αのリン酸化を引き起こし、その結果、血管が弛緩する。この機序は、健康なマウスでは働かないが、血管に炎症のあるマウス、アテローム性動脈硬化や心臓の圧負荷などの病的状態のあるマウスでの血圧調節に重要な役割を果たしている。
News & Views p.462
Letter p.548
----------------------------------------------------------
この論文はネイチャーのニュースにも取り上げられました。
日本語版本誌では、「心血管生物学：生化学的な犯人捜しにおける新たな展開」と題されています。
見出しにおいては、「9年前、キヌレニンという化合物が、命に関わる可能性のある炎症状態における血管の弛緩の原因であることが報告された。今回、新たな証拠によって真犯人が特定された。」と取り上げられました。
フルテキストを直訳しますと・・・
血管拡張に関与する因子の特定を覆す新鮮な証拠
となり、見出しを直訳しますと・・・
9年前、化合物キヌレニンは、潜在的に致命的な炎症状態の間の血管の拡張の原因であると報告されました。新しい証拠により、真の犯人が特定されました。
となります。
本文を直訳しますと・・・
敗血症として知られる生命にかかわる状態では、体は感染症に反応して状況を悪化させる広範な生化学的変化を引き起こし、その一部は血圧の深刻な低下につながる可能性があります。一酸化窒素、プロスタグランジン、過酸化水素などの酸化剤など、血管の収縮を変化させるいくつかの分子因子がこの低下に関与しています。 2010年、キヌレニン（アミノ酸トリプトファンの代謝産物）は、敗血症の際に血管が広がる別の要因として同定されました[1]。スタンリーら[2]（キヌレニンを同定した研究者と同じ研究室で働いている）がNatureに書いた今、彼らは間違った犯人になったと言っています。
スタンレーと同僚の仕事は、古典的な推理として始まります。著者らは、以前の報告[1]にも関わらず、慎重に精製されたキヌレニンは、炎症との関連で孤立血管の血管拡張（血管拡張）を引き起こさないことが多いことを発見しました。ただし、トリプトファンと、酵素インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1（IDO1）または一重項酸素（IDO1によって生成される活性酸素種）の混合物を使用して、血管拡張を一貫して観察しました。 IDO1の発現は通常、免疫細胞以外の細胞タイプでは低くなりますが、サイトカインとして知られる炎症性タンパク質や酸化還元ストレスによってアップレギュレートされます[3,4]。
IDO1と一重項酸素の両方が、トリプトファンからのキヌレニンの生成に関与しています（図1a）が、他の代謝産物の生成にも関与しています。したがって、著者の調査結果は、別の血管拡張薬が形成されていることを示唆しています。彼らはそれを探し出して、それが過酸化水素の存在下でトリプトファンと一重項酸素を含む反応でIDO1によって形成されるcis-WOOHと呼ばれる化合物であることを発見しました（図1b）。
IDO1活性は、従来、化学的還元剤によって刺激され、過酸化水素によって阻害されると考えられています[5]。対照的に、スタンリー等。過酸化水素への暴露が発生したのに対し、還元剤はシス-WOOHをシステムで生成しなかったことを発見した。一連の巧妙な化学実験で、著者は次のことを示しました。過酸化水素の存在下で、IDO1は一重項酸素を生成し、続いてcis-WOOHを生成します。トリプトファンに追加されてcis-WOOHを形成する酸素原子は、過酸化水素ではなく一重項酸素に由来します。トリプトファンが血管拡張を誘発するためには、IDO1活性と一重項酸素の両方が必要です。
同じグループ[1]の以前の研究で、キヌレニンは、シグナル伝達分子環状グアノシン一リン酸（cGMP）にプロテインキナーゼG1α（2つの同一のタンパク質モノマーから組み立てられた二量体構造を持つPKG1α）と呼ばれる酵素を活性化させることにより血管を拡張することが報告されました。スタンレーと同僚は、cis-WOOHを介した血管拡張は、キヌレニンを介した血管弛緩よりもcGMPをはるかに少なく必要とするが、それでもPKG1αの活性化が必要であることを観察しました。
著者らは、cis-WOOHが酵素の特定のシステインアミノ酸残基（Cys 42）を酸化することによりPKG1αを活性化することを決定しました。これにより、PKG1αの単量体のCys42残基間にジスルフィド結合が形成されます[6]。この酸化は、cGMPレベルとは無関係に特定の種類の動脈（抵抗動脈）で酵素の活性を刺激し、正常血圧の維持と、過酸化水素にさらされたときに抵抗動脈が拡張する能力に寄与することも報告されています[7]。
著者らは、IDO1の存在下でPKG1αをcis-WOOHまたはトリプトファンとインキュベートすると、ジスルフィド結合の形成が誘導されることを発見しました。さらに、敗血症のマウスモデルから分離された血管の血管拡張-動物が細菌由来の毒素にさらされる内毒素血症マウス-は、動物がPKG1αの変異体を発現したときに抑制されました。酸化剤にあたります。その後、著者らは、アテローム性動脈硬化症（血管の狭窄を特徴とする炎症性疾患）のマウスモデルにおけるIDO1のアップレギュレーションと活性化がトリプトファンを介した血管拡張と血圧制御に寄与することを観察しました。炎症性疾患の治療法を開発する努力を要します。
この発見は、炎症反応に関与する血管拡張剤のかなりのリストにシスWOOHを追加し、病気の哺乳類細胞の生理における一重項酸素の特定の役割を明らかにします（図1）。 IDO1の発現と活性のレベルは、シス-WOOHを生成する一重項酸素を形成するために高くなければなりません。そのような状態は、炎症を起こした組織では一般的ですが、健康な組織ではそうではありません。したがって、トリプトファンからcis-WOOHへの変換は、酸化ストレスおよび炎症ストレスの条件下で発生します。過酸化水素は、PKG1αのCys-42残基間のジスルフィド結合形成を誘導することにより、IDO1の非存在下で血管拡張を引き起こす可能性がありますが、著者は、通常の条件下で過酸化水素によって誘導される動脈壁の緩和の一部が存在に依存することを発見しました―IDO1の。
キヌレニンが誘発する血管拡張は、cGMP1によるPKG1αの活性化によって引き起こされるという考えは今や疑わしいように見えます。スタンリー等。前回の研究で報告された血管拡張は、キヌレニンのcis-WOOHによる汚染によって引き起こされたことを示唆しています。しかし、cis-WOOHと血管拡張の関係はcGMPに依存するのではなく、PKG1α酸化に依存するため、著者の提案では以前の発見を説明できません。
IDO1の選択的阻害は、敗血症の人が経験する血圧の大きな低下を減らすために治療的に使用できるでしょうか？おそらく、多くの血管拡張因子が全身性炎症に関与していることを考えると、いくつかの他のアプローチも可能ですが、さらに、IDO1には免疫細胞で多くの重要な役割があるため、その阻害にはいくつかの効果がある可能性があります。たとえば、IDO1阻害剤は癌治療に使用するために開発されました[8]。多くの腫瘍はIDO1を発現し、特定の免疫細胞の機能を抑制し、他の細胞の機能を強化することで免疫系を回避するのに役立ちます[9]。そのような化合物の臨床試験は、部分的に標的とされている経路の複雑さのために、期待はずれでした[9]。それにもかかわらず、特に炎症性症候群とキヌレニンレベルの上昇を有する人々において、IDO1阻害が血圧を上昇させることができることをこれらの試験が示すかどうかを見るのは興味深いでしょう。
IDO1阻害剤の治療上の使用に関するもう1つの考慮事項は、敗血症中のIDO1のアップレギュレーションが、エンドトキシン血症に対する耐性を高めることにより、身体を過活動免疫系から保護する可能性があることです[10]。また、キヌレニンとその代謝産物は癌と免疫調節に非常に関連しています[3,5,11]、腫瘍と免疫系が現在スタンレーと同僚によって特定された経路を介したトリプトファンのシグナル伝達によって影響を受ける程度はまだ見られません。
cis-WOOHによる血管拡張は、最終的にPKG1αのCys 42の酸化に由来します。ただし、Cys 42は酸化されて酵素を活性化できる唯一のシステイン残基ではないかもしれません。 Cys117は別の12のようです。 著者らのCys 42突然変異の効果。 PKG1αの二量体化を防ぐために使用されることも議論の余地があります。いくつかの研究[12,13]は、cGMP刺激PKG1α活性を低下させる可能性があることを発見しています。さらに、Cys 42酸化によって引き起こされるPKG1αの二量体化は、高血圧（圧力過負荷）のストレスを受けたマウスの心臓で発生しますが、Cys 42変異を持つマウスでのその予防は、PKG1α活性化を変更することなく、そのようなストレスに対するPKG1αを介した保護を強化します。しかし、その酵素の細胞内局在を変更することにより、他のタンパク質との相互作用を変更します。スタンレーと同僚は、マウスの心筋組織のIDO1のレベルは圧力過負荷時に検出できないが、インターフェロン-γ（多くの炎症反応に関与するタンパク質）の投与に応じて著しく上昇し、IDO1の役割を示唆していることを発見しました―心臓の炎症状態で生成されたcis-WOOH。この血管拡張の陰謀が厚くなるにつれて、これらの詳細は興味深いものになります。
となります。
フルテキストは下記です。
Full Text：News & Views p.462
本論文においては、日本語版本誌では、「心血管生物学：一重項酸素分子が炎症における血管緊張と血圧を調節する」と題されています。
フルテキストを直訳しますと・・・
一重項分子酸素は炎症の血管緊張と血圧を調節する
となり、Abstractを直訳しますと・・・
一重項分子酸素（^1O_2）は、光合成植物、細菌、菌類[1,2,3]で十分に確立された役割を持っていますが、哺乳類ではそうではありません。化学的に生成された^1O_2は、アミノ酸トリプトファンをN-ホルミルキヌレニン[4]と呼ばれる重要な代謝物の前駆体に酸化します[5]。ヘム含有酵素は動脈内皮細胞で発現し、血圧の調節に寄与します[6]。しかし、インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1が^1O_2を形成するかどうか、およびこれが血圧制御に寄与するかどうかは不明のままです。ここでは、動脈インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1が^1O_2の形成を介して血圧を調節することを示します。過酸化水素の存在下で、酵素は^1O_2を生成し、これはジオキシゲナーゼ活性の以前に認識されていない酸化的活性化を介したl-トリプトファンの三環式ヒドロペルオキシドへの立体選択的酸化に関連することを観察しました。トリプトファン由来のヒドロペルオキシドは、生体内でシグナル伝達分子として作用し、動脈弛緩を誘発し、血圧を低下させます。この活性は、プロテインキナーゼG1αのCys42に依存しています。我々の調査結果は、炎症性条件下で血管緊張と血圧を調節するアミノ酸由来ヒドロペルオキシドの形成を通じて哺乳類における^1O_2の病態生理学的役割を示しています。
となります。
フルテキストは下記です。詳細が必要な方はご購入をお願いいたします。
Full Text：Letter p.548
Data availabilityによりますと・・・
この研究の結果を裏付けるデータは、合理的な要請があれば対応する著者から入手できます。
究極に溜まりに溜まったネイチャー。次回は、「医学研究：転移の付き添いサービス」を取り上げます。がんに関する医療のものです。
※巡回等、ブログ活動が大変遅れており本当に申し訳ございません。
