Aldehydes accumulated in mitochondria as risk factors to neurodegenerative diseases

线粒体中积累的醛是神经退行性疾病的危险因素

基本信息

项目摘要

Mitochondrial aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) is involved in ethanol metabolism by playing a major role in acetaldehyde detoxification : A polymorphism of the ALDH2 gene is specific to north Asians. Sensitivity to ethanol is highly associated with this polymorphism (ALDH2^*2 allele), which is responsible for a deficiency of ALDH2 activity. We at first show that this deficiency influences the risk for late-onset Alzheimer's disease (LOAD) by a case-control study in a Japanese population. In a comparison of 447 patients with sex, age and region-matched non-demented controls, the genotype frequency for carrying the ALDH2^*2 allele was significantly higher in the patients than in the controls (p=0.001). Next, we examined the combined effect of the ALDH2^*2 and apolipoprotein E 4 allele (APOE-e4), which has been confirmed be a risk factor for LOAD. The ALDH2^*2 allele more significantly affected frequency and onset-age in patients with APOE-e4 than without. These results indicate that the ALDH2 deficiency is a risk factor for LOAD, acting synergistically with the APOE-e allele. Next, to elucidate the molecular mechanism involved, we obtained ALDH2-deficient cell lines by introducing mouse mutant Aldh2 cDNA into PC12 cells. We speculate that ALDH2 may function to oxidize toxic aldehyde derivatives. Then, we found that the ALDH2-deficient transfectants were highly vulnerable to exogenous 4-hydroxy-2-nonenal, an aldehyde derivative generated from peroxidized fatty acids. In addition, the ALDH2-deficient transfectants were sensitive to oxidative insult induced by antimycin A, accompanied by an accumulation of proteins modified with 4-hydroxy-2-nonenal. Mitochondrial ALDH2 functions as a protector against oxidative stress.
线粒体醛脱氢酶2(ALDH 2)通过在乙醛解毒中发挥主要作用而参与乙醇代谢:ALDH 2基因的多态性是北亚人特有的。对乙醇的敏感性与这种多态性(ALDH 2 ^*2等位基因)高度相关,这是导致ALDH 2活性缺乏的原因。我们首先表明,这种缺陷影响晚发性阿尔茨海默病(LOAD)的风险,在日本人口的病例对照研究。将447名患者与性别、年龄和地区匹配的非痴呆对照组进行比较,发现患者携带ALDH 2 ^*2等位基因的基因型频率显著高于对照组(p=0.001)。接下来,我们检测了ALDH 2 ^*2和载脂蛋白E4等位基因(APOE-e4)的联合作用,这已被证实是LOAD的一个危险因素。ALDH 2 ^*2等位基因对APOE-e4患者的发病频率和发病年龄的影响比无APOE-e4患者更显著。这些结果表明,ALDH 2缺乏是LOAD的危险因素,与APOE-e等位基因协同作用。接下来,为了阐明所涉及的分子机制,我们通过将小鼠突变体Aldh 2 cDNA导入PC 12细胞获得了ALDH 2缺陷细胞系。我们推测ALDH 2可能具有氧化有毒醛衍生物的功能。然后,我们发现ALDH 2缺陷的转染子非常容易受到外源性4-羟基-2-壬烯醛的影响,4-羟基-2-壬烯醛是由过氧化脂肪酸产生的醛衍生物。此外,ALDH 2缺陷型转染子对抗霉素A诱导的氧化损伤敏感,伴随着用4-羟基-2-壬烯醛修饰的蛋白质的积累。线粒体ALDH 2作为抗氧化应激的保护剂发挥作用。

项目成果

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Kanamori, T., et al.: "Truncated product of the bifunctional DLST gene involved in biogenesis of the respiratory chain."The EMBO J.. 22. 2913-2923 (2003)
Kanamori, T. 等人:“参与呼吸链生物发生的双功能 DLST 基因的截短产物。”EMBO J.. 22. 2913-2923 (2003)
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Nomiyama, T.: "Accumulates a Somatic Mutation in Mitochondrial DNA extracted from peripheral blood cells in diabetic patients"Diabetologia.. 45. 1577-1583 (2002)
Nomiyama, T.:“从糖尿病患者外周血细胞中提取的线粒体 DNA 中积累体细胞突变”Diabetologia.. 45. 1577-1583 (2002)
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Ohsawa, I.: "Deficiency in a mitochondrial aldehyde dehydrogenase increases vulnerability to oxidative stress in PC12 cells"J. Neurochem.. 84. 1110-1117 (2003)
Ohsawa, I.:“线粒体醛脱氢酶的缺乏会增加 PC12 细胞对氧化应激的脆弱性”J.
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太田成男: "ミトコンドリア異常とその意義"ALDH2遺伝子の関連解析. 40. 87-89 (2001)
N. Ota:“线粒体异常及其意义” ALDH2 基因关联分析。40. 87-89 (2001)。
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太田成男: "新ミトコンドリア学"ミトコンドリアRNAとタンパク質の合成. 5 (2001)
Shigeo Ota:《新线粒体学》线粒体 RNA 和蛋白质的合成 5 (2001)。
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