セロトニンはCYP1A1が介在するAhRリガンドのクリアランスを阻害することでAhRの活性化を調節する

Serotonin Modulates AhR Activation by Interfering with CYP1A1-Mediated Clearance of AhR Ligands.

• Christopher R Manzella
• Max Ackerman
• Megha Singhal
• Alexander L Ticho
• Justin Ceh
• Waddah A Alrefai
• Seema Saksena
• Pradeep K Dudeja
• Ravinder K Gill

抄録

背景・目的:

セロトニン（5-ヒドロキシトリプタミン、5-HT）は、腸を含む多くの臓器で重要な生理機能を持つ神経伝達物質であり、ホルモンである。私たちはこれまでに、5-HTがセロトニントランスポーター（SERT）依存性のメカニズムを介して腸管上皮細胞（IEC）のアリール炭化水素受容体（AhR）を活性化することを明らかにしてきました。AhRは核内受容体であり、トリプトファン（TRP）代謝物を含む様々な分子と結合し、腸内の生理的プロセスを制御している。我々は、5-HTがチトクロームP450 1A1（CYP1A1）によるAhRリガンドの代謝クリアランスを阻害することで、間接的にAhRを活性化しているのではないかと仮説を立てた。

BACKGROUND/AIMS: Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) is a neurotransmitter and hormone with important physiological functions in many organs, including the intestine. We have previously shown that 5-HT activates the aryl hydrocarbon receptor (AhR) in intestinal epithelial cells (IECs) via a serotonin transporter (SERT)-dependent mechanism. AhR is a nuclear receptor that binds a variety of molecules including tryptophan (TRP) metabolites to regulate physiological processes in the intestine including xenobiotic detoxification and immune modulation. We hypothesized that 5-HT activates AhR indirectly by interfering with metabolic clearance of AhR ligands by cytochrome P450 1A1 (CYP1A1).

方法:

ヒト腸管上皮細胞株Caco-2および組換えCYP1A1マイクロソームを用いて、5-HTによるCYP1A1活性の阻害をルシフェラーゼとLC-MS/MSの両方を用いて評価した。組換えCYP1A1による5-HTの分解はLC-MS/MSで測定した。インビトロ試験では、CYP1A1およびCYP1B1 mRNAの発現レベルをRT-PCRで測定し、CYP1A1活性をエトキシレゾルフィン-O-デエチラーゼ(EROD)アッセイで測定した。in vivo試験のために、SERT KOマウスおよびWT実験動物にAhRリガンドを投与し、腸管粘膜CYP1A1 mRNAを測定した。

METHODS: Inhibition of CYP1A1 activity by 5-HT was assessed in the human intestinal epithelial cell line Caco-2 and recombinant CYP1A1 microsomes using both luciferase and LC-MS/MS. Degradation of 5-HT by recombinant CYP1A1 was measured by LC-MS/MS. For in vitro studies, CYP1A1 and CYP1B1 mRNA expression levels were measured by RT-PCR and CYP1A1 activity was measured by ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) assays. For in vivo studies, AhR ligands were administered to SERT KO mice and WT littermates and intestinal mucosa CYP1A1 mRNA was measured.

結果:

我々は、5-HTがプロルシフェリンCYP1A1基質であるLuc-CEEと高親和性AhRリガンドである6-ホルミルインドロ[3,2-b]カルバゾール(FICZ)の代謝を阻害することを示した。組換えCYP1A1アッセイの結果、5-HTはCYP1A1によってNADPH依存的に代謝されることが明らかになった。微量のAhRリガンドを含まないTRPフリー培地で5-HTを処理すると、5-HTはAhRを活性化するためにAhRリガンドの存在を必要とすることが示された。5-HTとFICZの共処理により、5-HTはAhRリガンドによるAhR標的遺伝子の誘導を増強することが確認された。しかし、これはFICZのようなCYP1A1基質であるリガンドに対してのみ有効であった。また、SERT KO マウスにβ-ナフトフラボンを経口投与したり、インドール-3-カルビノールを食事で投与したりしたところ、SERT の欠損は腸内 AhR 活性化を阻害することが明らかになった。

RESULTS: We show that 5-HT inhibits metabolism of both the pro-luciferin CYP1A1 substrate Luc-CEE as well as the high affinity AhR ligand 6-formylindolo[3,2-b] carbazole (FICZ). Recombinant CYP1A1 assays revealed that 5-HT is metabolized by CYP1A1 in an NADPH dependent manner. Treatment with 5-HT in TRP-free medium, which is devoid of trace AhR ligands, showed that 5-HT requires the presence of AhR ligands to activate AhR. Cotreatment with 5-HT and FICZ confirmed that 5-HT potentiates induction of AhR target genes by AhR ligands. However, this was only true for ligands which are CYP1A1 substrates such as FICZ. Administration of β-napthoflavone by gavage or indole-3-carbinol via diet to SERT KO mice revealed that lack of SERT impairs intestinal AhR activation.

結論:

我々の研究は、5-HTが腸内の受容体を活性化するAhRリガンドの能力に影響を与えるセロトニン作動性シグナルとAhRシグナルの間のクロストークの新しい証拠を提供している。

CONCLUSION: Our studies provide novel evidence of crosstalk between serotonergic and AhR signaling where 5-HT can influence the ability of AhR ligands to activate the receptor in the intestine.

© Copyright by the Author(s). Published by Cell Physiol Biochem Press.