ヘキサクロロナフタレンは、活性酸素の産生促進機構を介してミトコンドリア依存性の神経毒性を誘導する

Hexachloronaphthalene Induces Mitochondrial-Dependent Neurotoxicity via a Mechanism of Enhanced Production of Reactive Oxygen Species.

• Malwina Lisek
• Joanna Stragierowicz
• Feng Guo
• Philipp P Prosseda
• Magdalena Wiktorska
• Bozena Ferenc
• Anna Kilanowicz
• Ludmila Zylinska
• Tomasz Boczek

抄録

ヘキサクロロナフタレン（PCN67）は、ポリ塩化ナフタレンの中でも最も毒性の高い物質の一つである。PCN67の環境中での高い生体蓄積性と残留性が知られているにもかかわらず、これらの物質への曝露が正常な神経細胞の生理機能をどの程度阻害し、神経毒性につながるのかについてはまだ明らかにされていない。したがって、本研究の第一の目的は、神経細胞モデルにおけるPCN67の影響を評価することであった。分化されたPC12細胞と一次海馬ニューロンを用いて、PCN67投与時の神経細胞死を評価した。さらに、若齢の一次ニューロン（DIV4）は成熟培養（DIV14）よりもPCN67の毒性に敏感であることがわかった。私たちの包括的な分析では、IC濃度でのPCN67の適用は、LDHの放出の増加、HMGB1タンパク質の細胞質への輸出、核の腫脹、およびエネルギーバランスの恒常性制御の損失によって反映される壊死を引き起こすことが示された。ミトコンドリアカルシウムユニポーターの遮断は、細胞の生存可能性、ミトコンドリア膜電位の喪失（）および活性酸素種の過剰産生を部分的に回復させ、神経毒性の基礎となるメカニズムにはミトコンドリアカルシウムの蓄積が関与していることを示唆している。また、PCN67を0.1g/ml添加した場合には、酸化ストレスによる脂質過酸化の増加が認められたが、この濃度では細胞膜透過性には影響を与えなかった。この結果は、神経細胞のミトコンドリアがPCN67の標的として作用することを初めて示しており、この薬剤への曝露は、ミトコンドリア依存性のメカニズムを介して神経細胞の損失をもたらす可能性があることを示している。

Hexachloronaphthalene (PCN67) is one of the most toxic among polychlorinated naphthalenes. Despite the known high bioaccumulation and persistence of PCN67 in the environment, it is still unclear to what extent exposure to these substances may interfere with normal neuronal physiology and lead to neurotoxicity. Therefore, the primary goal of this study was to assess the effect of PCN67 in neuronal models. Neuronal death was assessed upon PCN67 treatment using differentiated PC12 cells and primary hippocampal neurons. At 72 h postexposure, cell viability assays showed an IC value of 0.35 g/ml and dose-dependent damage of neurites and concomitant downregulation of neurofilaments L and M. Moreover, we found that younger primary neurons (DIV4) were much more sensitive to PCN67 toxicity than mature cultures (DIV14). Our comprehensive analysis indicated that the application of PCN67 at the IC concentration caused necrosis, which was reflected by an increase in LDH release, HMGB1 protein export to the cytosol, nuclear swelling, and loss of homeostatic control of energy balance. The blockage of mitochondrial calcium uniporter partially rescued the cell viability, loss of mitochondrial membrane potential (), and the overproduction of reactive oxygen species, suggesting that the underlying mechanism of neurotoxicity involved mitochondrial calcium accumulation. Increased lipid peroxidation as a consequence of oxidative stress was additionally seen for 0.1 g/ml of PCN67, while this concentration did not affect and plasma membrane permeability. Our results show for the first time that neuronal mitochondria act as a target for PCN67 and indicate that exposure to this drug may result in neuron loss via mitochondrial-dependent mechanisms.

Copyright © 2020 Malwina Lisek et al.