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網膜内側のニューロンとグリア細胞におけるmTORC1とmTORC2の発現
mTORC1 and mTORC2 expression in inner retinal neurons and glial cells.
PMID: 32622801 DOI: 10.1016/j.exer.2020.108131.
抄録
網膜は最も代謝が活発な組織の一つですが、網膜の代謝を制御するプロセスはまだ十分に理解されていません。蛋白質や脂質の生合成やオートファジーを駆動するmTOR複合体（mTORC）は、網膜の発達や視神経損傷への応答に関して広く研究されてきましたが、成体網膜の恒常性を制御するプロセスは明らかにされていませんでした。我々は以前、正常な成体網膜は骨格筋と比較してタンパク質合成率が高く、細胞や組織の生理を制御するために多様な環境の合図を感知し、統合するマルチサブユニット複合体を形成するキナーゼであるラパマイシン（mTOR）の高レベルと関連していることを実証した。本研究は以下の目的で実施された。1）正常成人ラット網膜、脳、肝臓におけるmTOR複合体1（mTORC1）およびmTORC2特異的パートナー蛋白質の発現を定量化し、2）正常なヒト、ラット、マウス網膜におけるこれらの成分の局在を明らかにすることを目的とした。イムノブロッティングと免疫沈降を行った結果、正常ラット網膜では肝臓や脳に比べてラプター（mTORC1専用）とリクター（mTORC2専用）、そしてmTORCの活性化成分であるpSIN1とpPRAS40が多く発現していることが明らかになりました。一方、肝臓ではmTORC阻害剤であるDEPTORの量が多くなっています。3つの種すべての免疫局在化研究は、mTOR、ラプター、リクター、およびmTORC1とmTORC2の他のほとんどの既知のコンポーネントと同様に、主に網膜神経節細胞（RGC）とグリア細胞に主にmTORC1とmTORC2の主に内側の網膜に局在していることを示しました。また、mTORC1の基質であるリボソームタンパク質S6キナーゼβ-1（S6K1）の直接の標的であるリン酸化リボソームタンパク質S6はRGCで容易に検出され、mTORC1のシグナル伝達が活発であることを示しており、ヒトのドナー眼では保存されていました。以上のことから、網膜内側ではmTORC1とmTORC2が高レベルで発現しており、mTORC1シグナルが活性化されていることが明らかになり、細胞・組織特異的に恒常性を制御している可能性が示唆されました。これらの知見は、視神経症、緑内障、糖尿病性網膜症の病態生理を理解する上で鍵となる網膜内膜の生理機能の解明に役立つものです。
The retina is one of the most metabolically active tissues, yet the processes that control retinal metabolism remains poorly understood. The mTOR complex (mTORC) that drives protein and lipid biogenesis and autophagy has been studied extensively in regards to retinal development and responses to optic nerve injury but the processes that regulate homeostasis in the adult retina have not been determined. We previously demonstrated that normal adult retina has high rates of protein synthesis compared to skeletal muscle, associated with high levels of mechanistic target of rapamycin (mTOR), a kinase that forms multi-subunit complexes that sense and integrate diverse environmental cues to control cell and tissue physiology. This study was undertaken to: 1) quantify expression of mTOR complex 1 (mTORC1)- and mTORC2-specific partner proteins in normal adult rat retina, brain and liver; and 2) to localize these components in normal human, rat, and mouse retinas. Immunoblotting and immunoprecipitation studies revealed greater expression of raptor (exclusive to mTORC1) and rictor (exclusive for mTORC2) in normal rat retina relative to liver or brain, as well as the activating mTORC components, pSIN1 and pPRAS40. By contrast, liver exhibits greater amounts of the mTORC inhibitor, DEPTOR. Immunolocalization studies for all three species showed that mTOR, raptor, and rictor, as well as most other known components of mTORC1 and mTORC2, were primarily localized in the inner retina with mTORC1 primarily in retinal ganglion cells (RGCs) and mTORC2 primarily in glial cells. In addition, phosphorylated ribosomal protein S6, a direct target of the mTORC1 substrate ribosomal protein S6 kinase beta-1 (S6K1), was readily detectable in RGCs, indicating active mTORC1 signaling, and was preserved in human donor eyes. Collectively, this study demonstrates that the inner retina expresses high levels of mTORC1 and mTORC2 and possesses active mTORC1 signaling that may provide cell- and tissue-specific regulation of homeostatic activity. These findings help to define the physiology of the inner retina, which is key for understanding the pathophysiology of optic neuropathies, glaucoma and diabetic retinopathy.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Ltd.