神経芽腫細胞をプロテインジスルフィドイソメラーゼ阻害剤で治療すると、NQO1活性が上昇する

Treatment of Neuroblastoma Cells with Inhibitors of Protein Disulfide Isomerase Upregulates NQO1 Activity.

• Dennis Özcelik

抄録

アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患の特徴として、酸化ストレス、折り畳まれていないタンパク質の蓄積、神経細胞死が挙げられます。酸化還元的恒常性の維持と酸化的タンパク質の折り畳みに重要な役割を果たしているのは、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ（PDI）である。PDIは神経変性疾患の創薬研究の焦点となっており、逆説的にPDIの阻害が細胞疾患モデルにおいて神経保護効果を発揮することが報告されている。本研究では、PDI阻害剤であるsecurinineと16F16がSH-SY5Y神経芽腫細胞の遺伝子発現プロファイルに及ぼす影響を調べることで、PDI阻害の分子的意味合いを調べた。マイクロアレイを用いた解析により、両阻害剤治療で発現に差がある36の遺伝子が同定された。これらの遺伝子はアポトーシスや細胞死に関与しており、タンパク質-タンパク質相互作用ネットワークの一部であることが計算科学的に明らかになった。その結果、NAD(P)Hキノン脱水素酵素1（NQO1）は、36個の遺伝子の中で最も平均的な発現変化を示した。NQO1は、細胞の酸化ストレス応答の中心的な役割を担っていることから、さらなる研究が必要とされていました。イムノブロッティングにより NQO1 の発現レベルの増加が確認され、活性アッセイにより PDI 阻害剤で処理した SH-SY5Y 細胞で NQO1 活性が大幅に増加したことが示された。以上の結果から、PDI 阻害と NQO1 活性の間には新たな関連性があることが示唆され、神経変性疾患におけるタンパク質フォールディング、酸化ストレス、細胞死の動的な相互作用についての知見が得られ、将来の創薬開発に役立てることができると考えられる。

Hallmarks of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease include oxidative stress, accumulation of unfolded proteins, and neuronal cell death. One key player in maintaining redox homeostasis and oxidative protein folding is the protein disulfide isomerase (PDI). PDI has been the focus of drug discovery studies in neurodegenerative diseases, which have reported, paradoxically, that PDI inhibition is neuroprotective in cellular disease models. This study investigated the molecular implications of PDI inhibition by examining the effect of the PDI inhibitors securinine and 16F16 on the gene expression profile of SH-SY5Y neuroblastoma cells. Microarray analysis identified 36 genes that were differentially expressed in both inhibitor treatments. Computational approaches revealed that these differentially expressed genes are involved in apoptosis and cell death and that they are part of a protein-protein interaction network. Among the 36 identified genes, NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO1) displayed the highest average expression change. As a central player in the cellular oxidative stress response, NQO1 was the focus of further investigation. Immunoblotting confirmed the increased expression level of NQO1, and activity assays demonstrated substantial increases in NQO1 activity in SH-SY5Y cells after treatment with PDI inhibitors. In summary, this study suggests a novel link between PDI inhibition and NQO1 activity, providing insights into the dynamic interplay between protein folding, oxidative stress, and cell death in neurodegenerative diseases, which can be exploited for drug development in the future.