TMEM16A Ca-Activated Cl Channelが脳毛細血管内皮細胞の増殖と移行を制御することを明らかにした

TMEM16A Ca-Activated Cl Channel Regulates the Proliferation and Migration of Brain Capillary Endothelial Cells.

• Takahisa Suzuki
• Miki Yasumoto
• Yoshiaki Suzuki
• Kiyofumi Asai
• Yuji Imaizumi
• Hisao Yamamura

抄録

血液脳関門（BBB）は、脳の恒常性維持に欠かせないものである。このBBBを構成するのが脳毛細血管内皮細胞（BCEC）であり、その増殖と死滅の微妙なバランスが必要とされています。BCECのイオンチャネルの活性がBBB機能に関与しているが、その分子機構は不明な点が多い。本研究では、マウス BCECs（mBCECs）とウシ BCECs 由来の細胞株 t-BBEC117 を用いて、Ca 活性化 Cl（Cl）チャネルの分子構成とその生理的役割を調べた。発現解析の結果、TMEM16AはmBCECsとt-BBEC117細胞で強く発現していた。t-BBEC117細胞では、全細胞Cl電流は、100μMニフルミン酸および10μM T16A-A01というClチャネルブロッカーに敏感であり、TMEM16Aのsmall-interfering RNA（siRNA）ノックダウンによっても顕著に減少した。重要なことは、ClチャネルブロッカーまたはTMEM16A siRNAによるCl電流のブロックは、膜の過分極を誘導したことである。さらに、TMEM16A siRNAで処理すると、安静時の細胞質Ca濃度（[Ca]）が上昇した。T16A-A01は、濃度依存的に細胞生存率を低下させた。また、Clチャネル遮断薬またはTMEM16A siRNAは、細胞の増殖と遊走を抑制した。さらに、Clチャネルブロッカーは経内皮透過性を減衰させた。これらの結果から、TMEM16AはClチャネルのコンダクタンスに寄与し、BCECの安静時膜電位と[Ca]の両方を制御できることが強く示唆された。また、これらのデータは、BCECがBCECのBBB機能維持にどのように関与しているかを明らかにした。意義血液脳関門（BBB）の脳毛細血管内皮細胞（BCEC）において、TMEM16AはCa活性化Clチャネルに関与し、安静時膜電位と細胞質Ca濃度の両方を調節し、BCECの増殖と遊走に寄与していると考えられている。本研究は、BBBにおけるBCECsの生理機能の基盤となる分子機構に関する新規な情報を提供するとともに、BBB機能障害に伴う疾患の治療薬の新規ターゲットとなることを示している。

The blood-brain barrier (BBB) is essential for the maintenance of homeostasis in the brain. Brain capillary endothelial cells (BCECs) comprise the BBB, and thus a delicate balance between their proliferation and death is required. Although the activity of ion channels in BCECs is involved in BBB functions, the underlying molecular mechanisms remain unclear. In the present study, the molecular components of Ca-activated Cl (Cl) channels and their physiological roles were examined using mouse BCECs (mBCECs) and a cell line derived from bovine BCECs, t-BBEC117. Expression analyses revealed that TMEM16A was strongly expressed in mBCECs and t-BBEC117 cells. In t-BBEC117 cells, whole-cell Cl currents were sensitive to the Cl channel blockers, 100 μM niflumic acid and 10 μM T16A-A01, and were also reduced markedly by small-interfering RNA (siRNA) knockdown of TMEM16A. Importantly, block of Cl currents with Cl channel blockers or TMEM16A siRNA induced membrane hyperpolarization. Moreover, treatment with TMEM16A siRNA caused an increase in resting cytosolic Ca concentration ([Ca]). T16A-A01 reduced cell viability in a concentration-dependent manner. Either Cl channel blockers or TMEM16A siRNA also curtailed cell proliferation and migration. Furthermore, Cl channel blockers attenuated the trans-endothelial permeability. In combination, these results strongly suggest that TMEM16A contributes to Cl channel conductance and can regulate both the resting membrane potential and [Ca] in BCECs. Our data also reveal how these BCECs may be involved in the maintenance of BBB functions, as both the proliferation and migration are altered following changes in channel activity. SIGNIFICANCE STATEMENT: In brain capillary endothelial cells (BCECs) of the blood-brain barrier (BBB), TMEM16A is responsible for Ca-activated Cl channels and can regulate both the resting membrane potential and cytosolic Ca concentration, contributing to the proliferation and migration of BCECs. The present study provides novel information on the molecular mechanisms underlying the physiological functions of BCECs in the BBB and a novel target for therapeutic drugs for disorders associated with dysfunctions in the BBB.

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