また、p62/SQSTM1 の分解阻害と転写活性化による蓄積は、NF-κB 活性化を介したシリカナノ粒子誘起気道炎症に重要な役割を果たしていることが示唆された

p62/SQSTM1 accumulation due to degradation inhibition and transcriptional activation plays a critical role in silica nanoparticle-induced airway inflammation via NF-κB activation.

• Yifan Wu
• Yang Jin
• Tianyu Sun
• Piaoyu Zhu
• Jinlong Li
• Qinglin Zhang
• Xiaoke Wang
• Junkang Jiang
• Gang Chen
• Xinyuan Zhao

抄録

背景:

ほとんどのナノ粒子（NP）は、オートファジーフラックスを阻害し、分解阻害を介してp62/SQSTM1をアップレギュレーションすることが報告されている。しかし、オートファジー基質に依存しないp62の役割や、NP曝露時の転写レベルでの制御については明らかになっていない。

BACKGROUND: Most nanoparticles (NPs) reportedly block autophagic flux, thereby upregulating p62/SQSTM1 through degradation inhibition. p62 also acts as a multifunctional scaffold protein with multiple domains, and is involved in various cellular processes. However, the autophagy substrate-independent role of p62 and its regulation at the transcriptional level upon NPs exposure remain unclear.

結果:

本研究では、BEAS-2b細胞およびマウスをシリカナノ粒子（SiNP）に曝露したところ、SiNPがin vitroおよびin vivoでp62タンパク質量を増加させることを見出しました。次に、SiNPs刺激によるp62のin vitroでの役割とメカニズムをさらに探索したところ、オートファジーフラックスの遮断によりp62の分解が抑制されることを見出した。メカニズム的には、オートファゴソームとリソソームとの融合不全ではなく、リソソームの能力低下を介してオートファゴフラックスを阻害することがわかった。さらに、SiNPはNF-E2関連因子2（Nrf2）の細胞質から核への転座を刺激し、Nrf2がp62プロモーターに直接結合することでp62の転写活性化を亢進させた。Nrf2 siRNAは、p62のmRNAとタンパク質の両方のレベルを劇的に低下させた。これら2つのメカニズムは、p62タンパク質の蓄積をもたらし、その結果、インターロイキン(IL)-1およびIL-6の発現を増加させた。SiNPは核内因子κB（NF-κB）を活性化し、この効果はp62のノックダウンによって緩和された。

RESULTS: In this work, we exposed BEAS-2b cells and mice to silica nanoparticles (SiNPs), and found that SiNPs increased p62 protein levels in vivo and vitro. Then, we further explored the role and mechanism of SiNPs-stimulated p62 in vitro, and found that p62 degradation was inhibited due to autophagic flux blockade. Mechanistically, SiNPs blocked autophagic flux through impairment of lysosomal capacity rather than defective autophagosome fusion with lysosomes. Moreover, SiNPs stimulated translocation of NF-E2-related factor 2 (Nrf2) to the nucleus from the cytoplasm, which upregulated p62 transcriptional activation through direct binding of Nrf2 to the p62 promoter. Nrf2 siRNA dramatically reduced both the mRNA and protein levels of p62. These two mechanisms led to p62 protein accumulation, thus increasing interleukin (IL)-1 and IL-6 expression. SiNPs activated nuclear factor kappa B (NF-κB), and this effect could be alleviated by p62 knockdown.

結論:

SiNPは翻訳前と翻訳後の両方のメカニズムでp62の蓄積を引き起こし、気道炎症を引き起こした。これらの知見は、SiNPによって誘発された肺障害と、それを緩和するために利用可能な分子標的についての理解を深めるものである。

CONCLUSION: SiNPs caused accumulation of p62 through both pre- and post-translational mechanisms, resulting in airway inflammation. These findings improve our understanding of SiNP-induced pulmonary damage and the molecular targets available to mitigate it.