非定型的な化学的フィードバックは、健康および疾患における硝酸塩-環状GMPシグナル伝達を自己制限する

Non-canonical chemical feedback self-limits nitric oxide-cyclic GMP signaling in health and disease.

• Vu Thao-Vi Dao
• Mahmoud H Elbatreek
• Martin Deile
• Pavel I Nedvetsky
• Andreas Güldner
• César Ibarra-Alvarado
• Axel Gödecke
• Harald H H W Schmidt

抄録

一酸化窒素（NO）-サイクリックGMP（cGMP）シグナル伝達は、肺高血圧症などの治療標的となる血管保護経路である。しかし、疾患におけるその制御異常については不完全に理解されていない。ここでは、肺動脈内皮細胞において、NO受容体であるcGMPを形成する可溶性グアニル酸シクラーゼ（sGC）のNOによるフィードバック阻害がこれに寄与している可能性を示している。内皮NO合成酵素からの内因性NOおよびNOドナー化合物からの外因性NOの両方が、sGCのタンパク質および活性を低下させた。この効果は、NOに依存しないsGC刺激因子としてのcGMPによって媒介されたものではなく、また、cGMP依存性プロテインキナーゼの直接的な活性化によっても模倣されなかった。また、チオール還元剤であるＮ-アセチル-Ｌ-システインがこのフィードバックを妨げなかったため、チオール感受性機構も関与していなかった。代わりに、インビトロおよびインビボの両方、および健康および急性呼吸器肺疾患において、慢性的に上昇したＮＯは、ヘムフリーアイソフォームであるアポ-ｓＧＣをそのまま残しながら、ｓＧＣの不活性化および分解を導き、またはそのレベルを増加させることさえあった。このように、NOは、cGMPに依存しない自己制限的なダイレクトフィードバックの一部として、急性的に刺激し、慢性的に阻害するというバイモーダルな方法でsGCを調節する。高NO病状では、これは悪化するが、cGMP形成を再確立するアポ-sGC活性化剤によって、メカニズムに基づいた方法で機能的に回復することができる。

Nitric oxide (NO)-cyclic GMP (cGMP) signaling is a vasoprotective pathway therapeutically targeted, for example, in pulmonary hypertension. Its dysregulation in disease is incompletely understood. Here we show in pulmonary artery endothelial cells that feedback inhibition by NO of the NO receptor, the cGMP forming soluble guanylate cyclase (sGC), may contribute to this. Both endogenous NO from endothelial NO synthase and exogenous NO from NO donor compounds decreased sGC protein and activity. This effect was not mediated by cGMP as the NO-independent sGC stimulator, or direct activation of cGMP-dependent protein kinase did not mimic it. Thiol-sensitive mechanisms were also not involved as the thiol-reducing agent N-acetyl-L-cysteine did not prevent this feedback. Instead, both in-vitro and in-vivo and in health and acute respiratory lung disease, chronically elevated NO led to the inactivation and degradation of sGC while leaving the heme-free isoform, apo-sGC, intact or even increasing its levels. Thus, NO regulates sGC in a bimodal manner, acutely stimulating and chronically inhibiting, as part of self-limiting direct feedback that is cGMP independent. In high NO disease conditions, this is aggravated but can be functionally recovered in a mechanism-based manner by apo-sGC activators that re-establish cGMP formation.