真菌アレルゲン誘導性IL-33分泌には、コレステロール依存性のVDAC-1を介した気道上皮からのATP放出が関与していることが示唆された

Fungal allergen-induced IL-33 secretion involves cholesterol-dependent, VDAC-1-mediated ATP release from the airway epithelium.

• Yotesawee Srisomboon
• Diane L Squillace
• Peter J Maniak
• Hirohito Kita
• Scott M O'Grady

抄録

キーポイント:

ヒト気管支上皮（HBE）細胞からのATPの放出は、電圧依存性アニオンチャネル-1（VDAC-1）を含む導電性経路を活性化し、膜小胞内に局在するATPのエキソサイトーシスによって誘導される。VDAC-1を阻害することで、HBE細胞の細胞膜を介したオルタナリア誘発Caの取り込みと細胞外媒体へのインターロイキン（IL）-33の放出が阻害された。コレステロール捕捉剤（β-メチルシクロデキストリン）やスタチン化合物（シンバスタチン）を用いてコレステロール含量を減少させると、VDAC-1の発現が低下し、ATPとIL-33の放出が阻害された。また、シンバスタチンを24時間前処理することで、アルテルナリア曝露後に起こるタイトジャンクション高分子透過性の増加を抑制した。これらの結果は、真菌アレルゲンによって誘導されるATP放出の基礎となるメカニズムとしてVDAC-1のための新しい役割を確立し、アルテルナリア刺激アレルギー性炎症を軽減するためのコレステロール低下化合物のための可能な治療的使用を示唆している。

KEY POINTS: Alternaria aeroallergens induce the release of ATP from human bronchial epithelial (HBE) cells by activating a conductive pathway involving voltage-dependent anion channel-1 (VDAC-1) and by exocytosis of ATP localized within membrane vesicles. Inhibition of VDAC-1 blocked Alternaria-evoked Ca uptake across the plasma membrane of HBE cells and interleukin (IL)-33 release into the extracellular media. Reducing cholesterol content with a cholesterol scavenger (β-methylcyclodextrin) or statin compound (simvastatin) blocked ATP and IL-33 release by lowering the expression of VDAC-1 in the plasma membrane. Pretreatment with simvastatin for 24 h also inhibited the increase in tight junction macromolecule permeability that occurs following Alternaria exposure. These results establish a novel role for VDAC-1 as a mechanism underlying ATP release induced by fungal allergens and suggests a possible therapeutic use for cholesterol lowering compounds in reducing Alternaria-stimulated allergic inflammation.

ABSTRACT:

ヒト気管支上皮（HBE）細胞は、一般的な敗菌由来のアレルゲンにさらされたヒト気管支上皮（Human bronchial epithelial）細胞、Alternaria alternataリリースATPは、順番に血漿膜を介してP2X受容体を介してCaの取り込みを刺激します。その後、細胞内カルシウム濃度が上昇すると、タンパク質分解処理が行われ、アレルギー性気道炎の発症に関与する重要なサイトカインであるインターロイキン（IL）-33の分泌が誘導される。本研究の主な目的は、導電性ATP放出のメカニズムを明らかにすることであった。その結果、電圧依存性アニオンチャネル-1（VDAC-1）の阻害剤でHBE細胞を前処理するか、VDAC-1選択的ブロッキング抗体で処理するか、またはRNA干渉でチャネルのmRNA発現をサイレンシングすることで、Alternariaが誘発するATP放出が抑制されることが示された。さらに、ＶＤＡＣ-１チャネル活性の阻害またはタンパク質発現の低下は、ＩＬ-３３の分泌を阻害した。同様に、シンバスタチンやコレステロール捕捉剤であるβ-メチルシクロデキストリンでHBE細胞のコレステロール含量を減少させても、VDAC-1の発現レベルを低下させることで、ATP遊離とIL-33分泌が阻害された。さらに、シンバスタチンは、アルテルナリア曝露後に観察されていたタイトジャンクション高分子透過性の上昇を抑制した。これらの結果は、気道上皮によるIL-33の処理、動員、分泌に不可欠な初期段階であるアルテルナリア誘発ATP放出の導電性機構としてのVDAC-1の新規な機能を示している。さらに、シンバスタチンによって誘発されたVDAC-1の発現の減少は、コレステロール低下化合物が真菌アレルゲンによって誘発されるアレルギー性気道炎症を緩和するのに有益である可能性を示唆している。

ABSTRACT: Human bronchial epithelial (HBE) cells exposed to allergens derived from the common saprophytic fungus, Alternaria alternata release ATP, which in turn stimulates P2X receptor-mediated Ca uptake across the plasma membrane. The subsequent increase in intracellular calcium concentration induces proteolytic processing and secretion of interleukin (IL)-33, a critical cytokine involved in the initiation of allergic airway inflammation. A major objective of the present study was to identify the mechanism responsible for conductive ATP release. The results show that pretreatment of HBE cells with inhibitors of the voltage-dependent anion channel-1 (VDAC-1) or treatment with a VDAC-1 selective blocking antibody or silencing mRNA expression of the channel by RNA interference, inhibit Alternaria-evoked ATP release. Moreover, inhibition of VDAC-1 channel activity or reducing protein expression blocked the secretion of IL-33. Similarly, reducing the cholesterol content of HBE cells with simvastatin or the cholesterol scavenger β-methylcyclodextrin also blocked ATP release and IL-33 secretion by decreasing the level of VDAC-1 expression in the plasma membrane. In addition, simvastatin inhibited the increase in tight junction macromolecule permeability that was previously observed after Alternaria exposure. These results demonstrate a novel function for VDAC-1 as the conductive mechanism responsible for Alternaria-induced ATP release, an essential early step in the processing, mobilization and secretion of IL-33 by the airway epithelium. Furthermore, the simvastatin-evoked reduction of VDAC-1 expression in the plasma membrane, suggests the possibility that cholesterol lowering compounds may be beneficial in alleviating allergic airway inflammation induced by fungal allergens.

© 2020 The Authors. The Journal of Physiology © 2020 The Physiological Society.