活性酸素が媒介するボンビックスモリのボンビキシンシグナル伝達

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Insect Biochem. Mol. Biol..2020 02;117:103279. S0965-1748(19)30393-5. doi: 10.1016/j.ibmb.2019.103279.Epub 2019-11-20.

活性酸素が媒介するボンビックスモリのボンビキシンシグナル伝達

Reactive oxygen species-mediated bombyxin signaling in Bombyx mori.

Shi-Hong Gu
Chien-Hung Chen

PMID: 31756435 DOI: 10.1016/j.ibmb.2019.103279.

抄録

本研究では、昆虫のインスリン様ペプチドであるボンビキシンが、酸化還元シグナルを介してボンビックスモリ前胸腺（PG）の ecdysteroidogenesis を調節することを明らかにした。その結果、ボンビキシン処理は、酸化感受性蛍光プローブである2',7'-ジクロロフルオレシンジアセテート(DCFDA)を用いて測定される細胞内活性酸素種(ROS)濃度の一過性の増加をもたらすことが示された。抗酸化剤N-アセチルシステイン(NAC)は、ボンビックスPGの蛍光のボンビキシン誘発性増加を廃止した。さらに、ボンビキシン誘導性活性酸素産生は、ミトコンドリア酸化性リン酸化阻害剤（ロテノンとアンチマイシンA）によって抑制され、ミトコンドリアが介在する活性酸素産生を示唆した。ボンビキシンに対する活性酸素産生の刺激は、発生に特異的な変化を示すと考えられる。さらに、ボンビキシン刺激性活性酸素シグナル伝達の作用機序を調べた。その結果、NAC、ロテノン、アンチマイシンAのいずれかの存在下で、ボンビキシン刺激によるインスリン受容体、Akt、4E結合タンパク質（4E-BP）のリン酸化が阻害され、ボンビキシン刺激によるPGのエクシステロイド産生が大幅に阻害されることが示された。これらの結果から、B. mori の PG のボンビキシン刺激性 ecdysteroidogenesis には、インスリン受容体、Akt、4E-BP のリン酸化を調節することにより、活性酸素シグナルが関与していると結論づけた。これは、昆虫系におけるインスリンシグナル伝達のレドックス制御を初めて実証したものである。

In the present study, we demonstrated that bombyxin, an insect insulin-like peptide, modulated ecdysteroidogenesis in Bombyx mori prothoracic glands (PGs) through redox signaling. Our results showed that bombyxin treatment resulted in a transient increase in intracellular reactive oxygen species (ROS) concentration, as measured using 2',7'-dichlorofluorescin diacetate (DCFDA), an oxidation-sensitive fluorescent probe. The antioxidant N-acetylcysteine (NAC) abolished the bombyxin-induced increase in fluorescence in Bombyx PGs. Furthermore, bombyxin-induced ROS production was inhibited by mitochondrial oxidative phosphorylation inhibitors (rotenone and antimycin A), indicating mitochondria-mediated ROS production. The stimulation of ROS production in response to bombyxin appears to undergo development-specific changes. We further investigated the action mechanism of bombyxin-stimulated ROS signaling. Results showed that in the presence of either NAC, rotenone, or antimycin A, bombyxin-stimulated phosphorylation of insulin receptor, Akt, and 4E-binding protein (4E-BP) was blocked and bombyxin-stimulated ecdysteroidogenesis in PGs was greatly inhibited. From these results, we conclude that ROS signaling appears to be involved in bombyxin-stimulated ecdysteroidogenesis of PGs in B. mori by modulating the phosphorylation of insulin receptor, Akt, and 4E-BP. To our knowledge, this is the first demonstration of redox regulation in insulin signaling in an insect system.