日本語AIでPubMedを検索
ボルテゾミブの神経毒性はカーフィルゾミブに比べてミトコンドリア損傷よりも高いプロテアソームストレスが関与している
Higher proteotoxic stress rather than mitochondrial damage is involved in higher neurotoxicity of bortezomib compared to carfilzomib.
PMID: 32244176 PMCID: PMC7115161. DOI: 10.1016/j.redox.2020.101502.
抄録
プロテアソーム阻害剤は、血液悪性腫瘍に対する治療効果が期待され、大きな成功を収めている。第一世代のプロテアソーム阻害薬であるボルテゾミブは末梢神経障害を誘発し、第二世代のカーフィルゾミブは神経毒性の発現率が低いことが化学療法の制限因子と考えられている。ミトコンドリア毒性（mitotoxicity）仮説は、ボルテゾミブ誘発性末梢神経障害の動物モデルを用いた研究に由来する。しかし、分子機構は十分に解明されておらず、ボルテゾミブやカーフィルゾミブ誘発神経毒性におけるマイトトキシンの役割は比較的に検討されていない。ここでは、ボルテゾミブとカーフィルゾミブの神経毒性を、LC-MS/MS 分析、フローサイトメトリー、RT-qPCR、共焦点顕微鏡、ウエスタンブロッティングを用いて、ヒト神経細胞における分子レベルで特徴づけた。その結果、ボルテゾミブとカーフィルゾミブはヒト神経細胞のプロテオームに異なる影響を与え、ボルテゾミブはタンパク質の酸化、タンパク質K48-ユビキチン化、ヒートショックタンパク質の発現アップレギュレーション、ミトコンドリア膜電位の低下を介して、より高いプロテオトッ クスストレスを引き起こすことが明らかになった。ボルテゾミブとカーフィルゾミブは、ミトコンドリアダイナミクスに関連する遺伝子発現レベル（視神経萎縮1、 OPA1, mitofusin 1、 MFN1, mitofusin 2、 MFN2, fission 1、 FIS1, dynamin-related protein 1、 DRP1）や全体的なマイトファジー率には影響を及ぼさなかったが、PINK1/Parkinを介したマイトファジー遺伝子発現は両薬剤で変化した。また、ボルテゾミブとカーフィルゾミブは、ミトコンドリア酸化的リン酸化複合体、電圧依存性アニオンチャネル1（VDAC1）とアンカップリングプロテイン2（UCP2）の内容を同様にダウンレギュレーションさせた。以上の結果から、両剤はヒト神経細胞に蛋白質ストレス以外にも分裂毒性を誘導し、ボルテゾミブの方がカーフィルゾミブよりも神経毒性の発現率が高いことは、ミトコンドリア経路と直接関係していないことが示唆された。
Proteasome inhibitors have great success for their therapeutic potential against hematologic malignancies. First generation proteasome inhibitor bortezomib induced peripheral neuropathy is considered as a limiting factor in chemotherapy and its second-generation counterpart carfilzomib is associated with lower rates of neurotoxicity. The mitochondrial toxicity (mitotoxicity) hypothesis arises from studies with animal models of bortezomib induced peripheral neuropathy. However, molecular mechanisms are not fully elucidated and the role of mitotoxicity in bortezomib and carfilzomib induced neurotoxicity has not been investigated comparatively. Herein, we characterized the neurotoxic effects of bortezomib and carfilzomib at the molecular level in human neuronal cells using LC-MS/MS analysis, flow cytometry, RT-qPCR, confocal microscopy and western blotting. We showed that bortezomib and carfilzomib affected the human neuronal proteome differently, and bortezomib caused higher proteotoxic stress via protein oxidation, protein K48-ubiquitination, heat shock protein expression upregulation and reduction of mitochondria membrane potential. Bortezomib and carfilzomib did not affect the gene expression levels related to mitochondrial dynamics (optic atrophy 1; OPA1, mitofusin 1; MFN1, mitofusin 2; MFN2, fission 1; FIS1, dynamin-related protein 1; DRP1) and overall mitophagy rate whereas, PINK1/Parkin mediated mitophagy gene expressions were altered with both drugs. Bortezomib and carfilzomib caused downregulation of the contents of mitochondrial oxidative phosphorylation complexes, voltage-dependent anion channel 1 (VDAC1) and uncoupling protein 2 (UCP2) similarly. Our findings suggest that, both drugs induce mitotoxicity besides proteotoxic stress in human neuronal cells and the higher incidence of neurotoxicity with bortezomib than carfilzomib is not directly related to mitochondrial pathways.
Copyright © 2020 The Authors. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.