骨格筋における酸化ストレスのp53調節の系統的レビュー

A systematic review of p53 regulation of oxidative stress in skeletal muscle.

• Kaitlyn Beyfuss
• David A Hood

抄録

背景:

p53は、幅広いシグナル伝達経路の制御に関与する腫瘍抑制タンパク質である。細胞内でのp53の役割は、課される酸化ストレスの種類、その強度、持続時間によって決定されます。過去10年間の研究により、酸化ストレス負荷を媒介するp53の機能の二重性が解明されてきた。しかし、これは印加されたストレスの特定の特性に依存するため、さらなる解析が必要です。

BACKGROUND: p53 is a tumor suppressor protein involved in regulating a wide array of signaling pathways. The role of p53 in the cell is determined by the type of imposed oxidative stress, its intensity and duration. The last decade of research has unravelled a dual nature in the function of p53 in mediating the oxidative stress burden. However, this is dependent on the specific properties of the applied stress and thus requires further analysis.

方法:

システマティックレビューは、Pubmed、Google Scholar、ScienceDirectデータベースの電子検索に続いて実施した。1990年1月1日から2017年3月1日までの間に英語で発表された論文を同定し、動物モデルと細胞培養モデルの両方における骨格筋のp53の解析に基づいて単離した。

METHODS: A systematic review was performed following an electronic search of Pubmed, Google Scholar, and ScienceDirect databases. Articles published in the English language between January 1, 1990 and March 1, 2017 were identified and isolated based on the analysis of p53 in skeletal muscle in both animal and cell culture models.

結果:

文献は、運動、食事の変更、外因性酸化剤、組織操作、放射線照射、低酸素などの酸化ストレスの負荷形態に応じて分類された。低～中程度の酸化ストレスでは、p53は細胞周期停止やオートファジーなどの細胞修復時間を増加させる経路の活性化に関与し、細胞の生存率を高めます。しかし、照射、低酸素、酸化剤などのストレスの強度と持続時間が大きくなると、p53の役割は、DNA断片化を開始してアポトーシスを誘導し、それによって異常な細胞増殖を防止することで、細胞ストレスレベルの上昇を促進するように切り替わる。

RESULTS: Literature was categorized according to the modality of imposed oxidative stress including exercise, diet modification, exogenous oxidizing agents, tissue manipulation, irradiation, and hypoxia. With low to moderate levels of oxidative stress, p53 is involved in activating pathways that increase time for cell repair, such as cell cycle arrest and autophagy, to enhance cell survival. However, with greater levels of stress intensity and duration, such as with irradiation, hypoxia, and oxidizing agents, the role of p53 switches to facilitate increased cellular stress levels by initiating DNA fragmentation to induce apoptosis, thereby preventing aberrant cell proliferation.

結論:

現在の証拠は、p53が細胞の恒常性の閾値調節因子として作用することを確認している。したがって、各モダリティの中で、強度と持続時間は、骨格筋における細胞の健康と機能を維持するためのシグナル伝達経路の調節においてp53が果たす役割を決定するために分析しなければならない酸化的ストレッサーのパラメータである。

CONCLUSION: Current evidence confirms that p53 acts as a threshold regulator of cellular homeostasis. Therefore, within each modality, the intensity and duration are parameters of the oxidative stressor that must be analyzed to determine the role p53 plays in regulating signaling pathways to maintain cellular health and function in skeletal muscle.

ABBREVIATIONS:

Acadl：アシル-CoAデヒドロゲナーゼ、長鎖；Acadm：アシル-CoAデヒドロゲナーゼ、C-4〜C-12直鎖；AIF：アポトーシス誘導因子；Akt：プロテインキナーゼB（PKB）；AMPK：AMP活性化プロテインキナーゼ；ATF-4：活性化転写因子4；ATM。ＡＴＭセリン／スレオニンキナーゼ；Ｂａｘ．ＢＣＬ２関連Ｘ、アポトーシス調節因子；Ｂｃｌ-２：Ｂ細胞白血病／リンパ腫２アポトーシス調節因子；Ｂｈｌｈｅ４０：塩基性らせん-ループ-らせんファミリーメンバーｅ４０；ＢＨ３：ボラン；Ｂｉｍ：Ｂｃｌ-２細胞死相互作用メディエーター；Ｂｏｏｋ．Bcl-2関連卵巣キラー；COX-IV：シトクロムc酸化酵素IV；cGMP：環状グアノシン一リン酸；c-myc：プロト癌遺伝子タンパク質；Cpt1b：カルニチンパルミトイル転移酵素1B；Dr5：死の受容体5；eNOS：内皮一酸化窒素合成酵素；ERK：細胞外調節MAPキナーゼ；Fas.Ｆａｓ：細胞表面死受容体；ＦＤＸＲ：フェレドキシン還元酵素；ＦＯＸＯ３ａ：フォークヘッドボックスＯ３；Ｇａｄｄ４５ａ：成長停止およびＤＮＡ損傷誘導性４５α；ＧＬＳ２：グルタミナーゼ２；ＧＬＵＴ１および４：グルコーストランスポーター１（内皮）および４（骨格筋）；ＧＳＨ：グルタチオン；Ｈｅｓ１：ＨｅｓファミリーｂＨＬＨ転写因子１；Ｈｅｙ１．ＹＲＰＷモチーフ１を有するｈｅｓｓ関連ファミリーｂＨＬＨ転写因子；ＨＩＦＩ-α：低酸素誘導因子１、αサブユニット；ＨＫ２：ヘキソキナーゼ２；ＨＳＰ７０：ヒートショック蛋白質７０；ＨＯ：過酸化水素；Ｉｄ２：ＤＮＡ結合阻害剤２；ＩＧＦ-１-ＢＰ３：インスリン様成長因子結合蛋白質３；ＩＬ-１β．インターロイキン１β；ｉＮＯＳ：誘導性一酸化窒素合成酵素；ＩＲＳ-１：インスリン受容体基質１；ＪＮＫ：ｃ-Ｊｕｎ Ｎ末端キナーゼ；ＬＹ-８３５８３：６-アニリノ-５，８-キノリンジオン；可溶性グアニル酸シクラーゼおよびｃＧＭＰ産生阻害剤；ＭＤＭ２／４：マウスダブルミニッツ２ホモログ（マウス）ＭＤＭ４（ヒト）；ｍｔＤＮＡ：ミトコンドリアＤＮＡ；ＭＵＲＦ１．筋RING-finger protein-1；MyoD：筋原性分化1；MyoG：ミオゲニン；Nanog.ナノグホメオボックス；ＮＦ-κＢ：核内因子-κＢ；ＮＯ：一酸化窒素；ＮｏｘＡ：ホルボル-１２-ミリスチン酸-１３-酢酸誘導蛋白質１（Ｐｍａｉｐ１）；ＮＲＦ-１：核内呼吸因子１；Ｎｒｆ２：核内因子エリスロイド２関連因子２；Ｐ２１．Ｃｄｋｎ１ａサイクリン依存性キナーゼ阻害剤１Ａ（Ｐ２１）；Ｐ３８ ＭＡＰＫ：マイトジェン活性化プロテインキナーゼ；ｐ５３Ｒ２：ｐ５３誘導性リボヌクレオチド還元酵素遺伝子；Ｐ６６Ｓｈｃ：srcホモロジー２ドメイン含有形質転換タンパク質Ｃ１；ＰＥＲＰ：ＰＭＰ-２２に関連するｐ５３アポトーシスエフェクター；ＰＧＣ-１α．ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ活性化１-α；ＰＧＭ：ホスホグルコムターゼ；ＰＩ３Ｋ：ホスファチジルイノシトール-４，５-ビスフォスフェート３-キナーゼ；ＰＫＣβ．プロテインキナーゼｃβ；ＰＴＥＮ：ホスファターゼおよびテンシンホモログ；ＰＴＩＯ：２-フェニル-４，４，５，５，５，５-テトラメチルイミダゾリン-１-オキシル-３-オキシド（ＰＴＩＯ）は、一酸化窒素（ＮＯ）スカベンジャーとして使用されている；Ｐｕｍａ．アポトーシスのｐ５３アップレギュレーター；ＰＷ１：父性発現３（ＰＥＧ３）；ＲＮＳ：反応性窒素種；ＳＩＲＴ１：サーチュイン１；ＳＣＯ２：シトクロムｃ酸化酵素アセンブリータンパク質；ＳＯＤ２：スーパーオキシドジスムターゼ２；Ｔｆａｍ．転写因子Ａミトコンドリア；ＴＩＧＡＲ：Ｔｒｐ５３誘導解糖再活性化ホスファターゼ；ＴＮＦ-ａ：腫瘍壊死因子ａ；ＴＲＡＦ２：ＴＮＦ受容体関連因子２；ＴＲＡＩＬ：タイプＩＩＩ膜貫通タンパク質。

ABBREVIATIONS: Acadl: acyl-CoA dehydrogenase, long chain; Acadm: acyl-CoA dehydrogenase, C-4 to C-12 straight chain; AIF: apoptosis-inducing factor; Akt: protein kinase B (PKB); AMPK: AMP-activated protein kinase; ATF-4: activating transcription factor 4; ATM: ATM serine/threonine kinase; Bax: BCL2 associated X, apoptosis regulator; Bcl-2: B cell Leukemia/Lymphoma 2 apoptosis regulator; Bhlhe40: basic helix-loop-helix family member e40; BH3: Borane; Bim: bcl-2 interacting mediator of cell death; Bok: Bcl-2 related ovarian killer; COX-IV: cytochrome c oxidase IV; cGMP: Cyclic guanosine monophosphate; c-myc: proto-oncogene protein; Cpt1b: carnitine palmitoyltransferase 1B; Dr5: death receptor 5; eNOS: endothelial nitric oxide synthase; ERK: extracellular regulated MAP kinase; Fas: Fas Cell surface death receptor; FDXR: Ferredoxin Reductase; FOXO3a: forkhead box O3; Gadd45a: growth arrest and DNA damage-inducible 45 alpha; GLS2: glutaminase 2; GLUT 1 and 4: glucose transporter 1(endothelial) and 4 (skeletal muscle); GSH: Glutathione; Hes1: hes family bHLH transcription factor 1; Hey1: hes related family bHLH transcription factor with YRPW motif 1; HIFI-α: hypoxia-inducible factor 1, α-subunit; HK2: Hexokinase 2; HSP70: Heat Shock Protein 70; HO: Hydrogen Peroxide; Id2: inhibitor of DNA-binding 2; IGF-1-BP3: Insulin-like growth factor binding protein 3; IL-1β: Interleukin 1 beta; iNOS: inducible nitric oxide synthase; IRS-1: Insulin receptor substrate 1; JNK: c-Jun N-terminal kinases; LY-83583: 6-anilino-5,8-quinolinedione; inhibitor of soluble guanylate cyclase and of cGMP production; Mdm 2/ 4: Mouse double minute 2 homolog (mouse) Mdm4 (humans); mtDNA: mitochondrial DNA; MURF1: Muscle RING-finger protein-1; MyoD: Myogenic differentiation 1; MyoG: myogenin; Nanog: Nanog homeobox; NF-kB: Nuclear factor-κB; NO: nitric oxide; NoxA: phorbol-12-myristate-13-acetate-induced protein 1 (Pmaip1); NRF-1: nuclear respiratory factor 1; Nrf2: Nuclear factor erythroid 2-related factor 2; P21: Cdkn1a cyclin-dependent kinase inhibitor 1A (P21); P38 MAPK: mitogen-activated protein kinases; p53R2: p53 inducible ribonucleotide reductase gene; P66Shc: src homology 2 domain-containing transforming protein C1; PERP: p53 apoptosis effector related to PMP-22; PGC-1α: Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha; PGM: phosphoglucomutase; PI3K: Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase; PKCβ: protein kinase c beta; PTEN: phosphatase and tensin homolog; PTIO: 2-phenyl-4, 4, 5, 5,-tetramethylimidazoline-1-oxyl 3-oxide (PTIO) has been used as a nitric oxide (NO) scavenger; Puma: The p53 upregulated modulator of apoptosis; PW1: paternally expressed 3 (Peg3); RNS: Reactive nitrogen species; SIRT1: sirtuin 1; SCO2: cytochrome c oxidase assembly protein; SOD2: superoxide dismutase 2; Tfam: transcription factor A mitochondrial; TIGAR: Trp53 induced glycolysis repulatory phosphatase; TNF-a: tumor necrosis factor a; TRAF2: TNF receptor associated factor 2; TRAIL: type II transmembrane protein.