ミトコンドリア蛋白Baxによる神経細胞死の誘導機構とミトコンドリアとの相互作用

线粒体蛋白Bax诱导神经细胞死亡的机制及其与线粒体的相互作用

基本信息

批准号：
09280234
负责人：
麻生定光
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Nippon Medical School
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

ミトコンドリア蛋白Baxはbcl-2ファミリーに属する分子量21kDaのアポトーシス誘導因子である。虚血、キノリン酸、カイニン酸、MPTPによってBaxの発現が上昇することから各種の神経疾患による神経細胞死にBaxが関与している可能性が指摘されている。Baxの細胞死誘導機構について検討した。Baxを大腸菌細胞に発現させると1000分子という微量の発現によって死に至ることを見いだした。Baxの発現で大腸菌細胞では酸素消費及び活性酸素の上昇とそれに伴うDNAの損傷、突然変異率の増加が認められた。また不飽和脂肪酸の組成比が6倍に増え細胞は巨大化していた。大腸菌細胞に致死作用を及ぼす領域を同定した。それはBH1ドメインとBH2ドメインとの間に挟まれた領域でマウス細胞にもアポトーシスを誘導した。生物工学研究所の森川博士との共同研究でBaxと相同性の高いBcl-x_Lの結晶解析を行いBaxの三次構造を推定した。BaxはBcl-xLより膜に組み込まれてイオンチャンネルを形成しやすいこと、BH1ドメインとBH2ドメインとの間の領域は膜にポアを作る領域であることが明らかになった。正常BaxをPC12細胞にtransientに発現させると50%以上の細胞が細胞死をおこし、またアポトーシス抑制因子Bcl-2,Bcl-x_Lとダイマー形成に必要なBH3ドメインを欠く変異Baxを構成的に発現させたFDC-P1細胞にBcl-2,Bcl-x_Lを過剰発現させても変異Baxによるアポトーシス誘導作用を抑制できなかった。Bcl-2,Bcl-x_Lのアポトーシス抑制機構のひとつにBaxとダイマーを形成することでBaxの機能を中和することが考えられる。5週齢ラットの海馬スライスにbax,bcl-2,bcl-xの遺伝子をそれぞれ導入した。bcl-2,bcl-xを導入したものではbaxにくらべ細胞死及びDNAの断片化が軽減されていた。神経細胞でもほ乳類培養細胞と同じようにbcl-2ファミリーが細胞死制御に関与している。以上のことからBaxは単独でアポトーシスを誘導し、その誘導活性をもつ領域が大腸菌、ほ乳類細胞で共通であることからその誘導機構も同じであると予想され、神経細胞でBaxはミトコンドリアからの活性酸素を増加させ細胞死を誘導することが考えられた。

线粒体蛋白BAX是凋亡诱导因子，分子量为21 kDa，属于Bcl-2家族。由于Bax表达由于缺血，喹磷酸盐，海藻和MPTP而增加，因此已经指出，由于各种神经系统疾病，BAX可能参与神经元细胞死亡。研究了BAX诱导细胞死亡的机制。发现大肠杆菌细胞中BAX的表达导致痕量量1000个分子导致死亡。 Bax表达显示出大肠杆菌细胞中的氧气消耗和活性氧，以及由此产生的DNA损伤和突变速率。此外，不饱和脂肪酸的组成比增加了六倍，并且细胞变得更大。鉴定出对大肠杆菌细胞发挥致命作用的区域。它还诱导夹在BH1和BH2域之间的区域的小鼠细胞中凋亡。在与生物工程研究所的Morikawa博士的联合研究中，我们对BCL-X_L进行了晶体学分析，该分析对BAX具有很高的同源性，并估计了BAX的高等教育结构。已经揭示了BAX比BCL-XL更有可能集成到膜中并形成离子通道，并且BH1和BH2域之间的区域是在膜上产生毛孔的区域。 When normal Bax was expressed in PC12 cells in transiently, more than 50% of cells caused cell death, and even if Bcl-2 and Bcl-x_L were overexpressed in FDC-P1 cells that had constitutively expressing the apoptosis inhibitors Bcl-2 and Bcl-x_L and the mutant Bax lacking the BH3 domain required for dimer formation, the apoptosis-inducing effect of mutant Bax could not be被压制。人们认为，通过形成二聚体作为抑制Bcl-2和Bcl-X_L凋亡的机制之一，可以将BAX的功能中和。分别将BAX，BCL-2和BCL-X的基因引入5周大鼠的海马切片中。与BAX相比，BCL-2和BCL-X的引入减少了细胞死亡和DNA片段化。在神经元中，BCL-2家族与哺乳动物培养的细胞一样参与细胞死亡控制。从以上，Bax仅诱导凋亡，并且具有诱导活性的区域在大肠杆菌和哺乳动物细胞中很常见，因此可以预期其诱导机制是相同的，并且认为神经元中的BAX会增加线粒体的活性氧并诱导细胞死亡。