鉄のホメオスタシスは、脳グリア細胞において低酸素および低体温前処理に応答して変化する

Iron homeostasis is altered in response to hypoxia and hypothermic preconditioning in brain glial cells.

• Latİfe Arzu Aral
• Mehmet Alİ ErgÜn
• AyŞe BaŞak Engİn
• Alp ÖzgÜn BÖrcek
• Hayrunnİsa Bolay Belen

抄録

背景・目的：鉄代謝の変化は、中枢神経系の低酸素障害時に発生する病態生理学的メカニズムの一つである。細胞内の鉄の適切な恒常性は、細胞内の過剰な鉄過負荷または鉄飢餓を防ぐ鉄の輸入、貯蔵および輸出タンパク質によって制御されています。低体温療法は新生児の低酸素虚血に対する治療法として承認されているが、その基礎となる分子メカニズムは未だに不明である。我々は、周産期脳損傷時の炎症過程の主役として知られているグリア細胞の鉄の恒常性に及ぼす低酸素の影響を、前処理を行った後の低酸素がどのように影響するのかを研究した。

Background / aim: Altered iron metabolism is one of the pathophysiological mechanisms occurring during hypoxic injuries in the central nervous system. The proper homeostasis of cellular iron is regulated by iron import, storage and export proteins which prevent excess iron overload or iron starvation in cells. Therapeutic hypothermia is an approved treatment for hypoxic ischemia in newborns, but the underlying molecular mechanism is still unknown. We studied the effects of hypoxia preceeded with preconditioning, on the iron homeostasis of glial cells, known as the major actor in inflammatory process during perinatal brain injury.

材料と方法:

培養中の初代ミクログリアおよびアストロサイトを、軽度の低体温前処理の有無にかかわらず、12時間低酸素に曝露した。鉄の蓄積は、修正されたPerlの組織化学を介して可視化された。細胞培養物中のサイトカインレベルは ELISA を用いて測定した。

MATERIALS AND METHODS: Primary microglia and astrocytes in culture were exposed to 12 hours hypoxia with or without mild hypothermic preconditioning. mRNA expression were assesed using qPCR. Iron accumulation was visualized via modified Perl?s histochemistry. Cytokine levels in cell cultures were measured using ELISA.

結果:

低体温前処理は、以前は低酸素により両細胞型で低下していたミクログリアの生存率を向上させた。低酸素は混合グリア細胞の鉄蓄積を増加させ、ミクログリアとアストロサイトの両方でフェリチン発現を増加させた。また、低酸素環境下では、ミクログリアで上昇したフェリチン-軽鎖発現が有意に減少した。鉄インポーター蛋白質であるDMT1とTfR1はともにポキシア後にmRNAの発現を増加させ、低体温前処理は両方のグリア細胞でDMT1の上昇を支持し続けた。フェロポルチンの発現は低酸素症後のグリア細胞の生存因子として増加した。低体温前処理は両細胞型においてこの上昇を支持し、特にアストロサイトにおいて顕著であった。IL-10レベルは低体温前処理後の細胞培養で顕著に増加した。

RESULTS: Hypothermic preconditioning enhanced microglial viability which previously had decreased in both cell types due to hypoxia. Hypoxia increased iron accumulation in mixed glial cells, and ferritin expression in both microglia and astrocytes. Hypotermic preconditioning decreased the elevated ferritin-Light chain expression significantly in microglia. Iron importer proteins, DMT1 and TfR1 both increased their mRNA expression after hpoxia, and hypothermic preconditioning continued to support the elevation of DMT1 in both glial cell types. Ferroportin expression increased as a survival factor of the glial cell following hypoxia. Hypothermic preconditioning supported this increase in both cell types, being especially significant in astrocytes. IL-10 levels were prominently increased in cell culture after hypothermic preconditioning.

結論:

このデータは、低体温前処理が鉄の貯蔵・輸送タンパク質の調節を介して細胞の鉄のホメオスタシスに影響を与えることを示唆している。細胞内の鉄輸送を制御することで、低酸素に関連した炎症によるグリア細胞の有害な影響を防ぐことができるかもしれない。

CONCLUSION: This data suggests that hypothermic preconditioning effects cellular iron homeostasis via regulating the storage and transfer proteins of iron. Regulation of the cellular iron traffic may prevent glial cells from detrimental effects of hypoxia related inflammation.