ニーマンピック型C病の欠陥スフィンゴシンキナーゼ1を活性化剤で標的化すると、コレステロール蓄積が緩和される

Targeting defective sphingosine kinase 1 in Niemann-Pick type C disease with an activator mitigates cholesterol accumulation.

• Jason Newton
• Elisa N D Palladino
• Cynthia Weigel
• Michael Maceyka
• Markus H Gräler
• Can E Senkal
• Ricardo D Enriz
• Pavlina Marvanova
• Josef Jampilek
• Santiago Lima
• Sheldon Milstien
• Sarah Spiegel

抄録

ニーマンピックC型（NPC）病は、コレステロール輸送タンパク質NPC1（95％）またはNPC2（5％）の変異に起因するリソソソーム蓄積障害である。これらの突然変異により、低密度リポ蛋白由来のコレステロールが後期エンドソーム/リソソソームに蓄積し、エンドソーム内での細胞内輸送が障害され、オートファジーのフラックスが停止します。また、NPC病はスフィンゴ脂質の蓄積を引き起こすが、スフィンゴ脂質分解酵素に変異がないことから、スフィンゴ脂質症の中でも特異的な疾患であると考えられている。本研究では、NPC病の複数の細胞モデルを用いてスフィンゴシンとスフィンゴ脂質蓄積の原因を調べたところ、スフィンゴイド塩基をリン酸化する2つのアイソザイムの1つであるスフィンゴシンキナーゼ1（SphK1）の活性が、NPC1変異体細胞とNPC1ノックアウト細胞の両方で著しく低下していることが観察されました。逆に、WT細胞において、アイソタイプ特異的阻害剤SK1-Iを用いてSphK1を阻害すると、コレステロールの蓄積が誘導され、コレステロールのエステル化が減少した。特筆すべきは、我々が特徴づけた新規のSphK1活性化剤（SK1-A）は、NPC1変異体細胞とNPC1ノックアウト細胞の両方において、スフィンゴイド基質および複合スフィンゴ脂質の蓄積を減少させ、オートファジーの欠陥を改善したことである。驚くべきことに、SK1-Aはこれらの細胞においてもコレステロール蓄積を減少させ、コレステロールエステル形成を増加させた。これらの結果は、SphK1 アクチベーターが、NPC1 変異細胞における異常なコレステロールとスフィンゴ脂質の貯蔵と輸送を回復させることを示している。これらの観察は、SphK1活性、NPC1、およびコレステロールの輸送と代謝との間のこれまで知られていなかった関連性を強調している。

Niemann-Pick type C (NPC) disease is a lysosomal storage disorder arising from mutations in the cholesterol-trafficking protein NPC1 (95%) or NPC2 (5%). These mutations result in accumulation of low-density lipoprotein-derived cholesterol in late endosomes/lysosomes, disruption of endocytic trafficking, and stalled autophagic flux. Additionally, NPC disease results in sphingolipid accumulation, yet it is unique among the sphingolipidoses because of the absence of mutations in the enzymes responsible for sphingolipid degradation. In this work, we examined the cause for sphingosine and sphingolipid accumulation in multiple cellular models of NPC disease and observed that the activity of sphingosine kinase 1 (SphK1), one of the two isoenzymes that phosphorylate sphingoid bases, was markedly reduced in both NPC1 mutant and NPC1 knockout cells. Conversely, SphK1 inhibition with the isotype-specific inhibitor SK1-I in WT cells induced accumulation of cholesterol and reduced cholesterol esterification. Of note, a novel SphK1 activator (SK1-A) that we have characterized decreased sphingoid base and complex sphingolipid accumulation and ameliorated autophagic defects in both NPC1 mutant and NPC1 knockout cells. Remarkably, in these cells, SK1-A also reduced cholesterol accumulation and increased cholesterol ester formation. Our results indicate that a SphK1 activator rescues aberrant cholesterol and sphingolipid storage and trafficking in NPC1 mutant cells. These observations highlight a previously unknown link between SphK1 activity, NPC1, and cholesterol trafficking and metabolism.

© 2020 Newton et al.