脳ミエロイド細胞のプロテアソーム障害により誘発されるIRE1αを介したI型インターフェロン応答の分子機構の解明

Molecular Insight Into the IRE1α-Mediated Type I Interferon Response Induced by Proteasome Impairment in Myeloid Cells of the Brain.

• Maja Studencka-Turski
• Gonca Çetin
• Heike Junker
• Frédéric Ebstein
• Elke Krüger

抄録

プロテオスタシスは、細胞がタンパク質合成、品質管理、分解のバランスを維持するために重要です。これは、中枢神経系のミエロイド細胞にとって特に重要であり、その免疫機能はユビキチン-プロテアソームシステムによる細胞内タンパク質の適切なターンオーバーに依存しています。従って、例えば、プロテアソームサブユニットをコードする遺伝子内での機能不全突然変異によるプロテアソーム活性の障害は、全身的な自己炎症を引き起こす。分子レベルでは、プロテアソームの薬理学的阻害は、小胞体（ER）ストレス活性化アンフォールドタンパク応答（UPR）およびI型インターフェロン（IFN）の誘導をもたらす。しかしながら、UPRシグナルがI型インターフェロン（IFN）応答を制御しているかどうか、またどの程度制御しているかについての理解は限られています。この問題に対処するために、我々は、マウス初代ミクログリアおよびミクログリア様細胞株BV-2を用いて、プロテアソーム阻害剤で処理した場合のプロテアソーム機能障害の影響を試験した。我々のデータは、ボルテゾミブによるプロテアソーム障害は、3つの細胞内ERストレストランスデューサー活性化転写因子6、プロテインキナーゼR様小胞体キナーゼ、イノシトール要求性タンパク質1α（IRE1α）のすべてを活性化する刺激であり、UPRの完全活性化を引き起こすことを示している。さらに、ミクログリア細胞におけるプロテアソーム活性の低下が、IRE1依存的にIFNβ1の誘導を引き起こすことを明らかにした。IRE1エンドリボヌクレアーゼ活性の阻害は、TANK-結合キナーゼ1を介したI型IFNの活性化を有意に減少させることを示した。さらに、TANK-結合キナーゼ1活性を阻害すると、C/EBP相同タンパク質10の発現も低下し、それにより、UPRとタイプIFN応答経路の間の重層的な相互作用が強調された。興味深いことに、プロテインキナーゼＲ様小胞体キナーゼ活性化転写因子４-Ｃ／ＥＢＰ相同タンパク質１０およびＩＲＥ１-Ｘ-ボックス結合タンパク質１軸の誘導は、機能不全プロテアソームを有する細胞におけるＳＴＡＴ１／ＳＴＡＴ３シグナル伝達を悪化させるプロ炎症性サイトカインインターロイキン６発現の有意なアップレギュレーションを引き起こした。Altogether、これらの知見は、プロテアソームの障害は、ERの恒常性を混乱させ、ERストレスセンサーとタイプIFNシグナリングの間の複雑な交換をトリガすることを示しているため、慢性炎症の状態をミエロイド細胞で誘導する。

Proteostasis is critical for cells to maintain the balance between protein synthesis, quality control, and degradation. This is particularly important for myeloid cells of the central nervous system as their immunological function relies on proper intracellular protein turnover by the ubiquitin-proteasome system. Accordingly, disruption of proteasome activity due to, e.g., loss-of-function mutations within genes encoding proteasome subunits, results in systemic autoinflammation. On the molecular level, pharmacological inhibition of proteasome results in endoplasmic reticulum (ER) stress-activated unfolded protein response (UPR) as well as an induction of type I interferons (IFN). Nevertheless, our understanding as to whether and to which extent UPR signaling regulates type I IFN response is limited. To address this issue, we have tested the effects of proteasome dysfunction upon treatment with proteasome inhibitors in primary murine microglia and microglia-like cell line BV-2. Our data show that proteasome impairment by bortezomib is a stimulus that activates all three intracellular ER-stress transducers activation transcription factor 6, protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase and inositol-requiring protein 1 alpha (IRE1α), causing a full activation of the UPR. We further demonstrate that impaired proteasome activity in microglia cells triggers an induction of IFNβ1 in an IRE1-dependent manner. An inhibition of the IRE1 endoribonuclease activity significantly attenuates TANK-binding kinase 1-mediated activation of type I IFN. Moreover, interfering with TANK-binding kinase 1 activity also compromised the expression of C/EBP homologous protein 10, thereby emphasizing a multilayered interplay between UPR and type IFN response pathway. Interestingly, the induced protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase-activation transcription factor 4-C/EBP homologous protein 10 and IRE1-X-box-binding protein 1 axes caused a significant upregulation of proinflammatory cytokine interleukin 6 expression that exacerbates STAT1/STAT3 signaling in cells with dysfunctional proteasomes. Altogether, these findings indicate that proteasome impairment disrupts ER homeostasis and triggers a complex interchange between ER-stress sensors and type I IFN signaling, thus inducing in myeloid cells a state of chronic inflammation.

Copyright © 2019 Studencka-Turski, Çetin, Junker, Ebstein and Krüger.