Ferroptosis as a Death Mechanism in Lung Injury - Project 2

铁死亡作为肺损伤的死亡机制 - 项目 2

基本信息

  • 批准号:
    10631057
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-01-03 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In ARDS, bacterial pathogens damage host cells, activate innate immune responses, and create a pro-oxidant environment leading to cell death via one of the death programs. This Project will focus on a recently described death program, ferroptosis, realized via Fe-dependent activation of lipid peroxidation under conditions of deficiency of glutathione peroxidase 4 (GPX4), a seleno-enzyme uniquely capable of reducing phospholipid hydroperoxides. We identified 15-hydroperoxy-arachidonoyl-phosphatidylethanolamines (15-HOO-AA-PE) as specific lipid biomarkers of ferroptosis. We also discovered that complexes of 15-lipoxygenase (15LOX) with a scaffold protein, PEBP1, play the major role in generating 15-HOO-AA-PE signals. We divulged ferroptosis as a death program of the human pulmonary epithelium. Ferroptosis occurs in alternatively activated macrophages with low levels of NO•/iNOS, thus causing immuno-suppression. Unexpectedly, we discovered that a common Gram-negative pathogen, P. aeruginosa – that does not contain polyunsaturated phospholipid oxidation substrates– expresses 15LOX (pLoxA) which oxidizes host polyunsaturated PE, generates 15-HOO-AA-PE and causes ferroptosis in epithelial cells and macrophages independently of the endogenous host 15-LOX. Ferroptosis-inducing pLoxA was detected in clinical P. aeruginosa isolates from ARDS patients. 15-HOO-AA- PE were identified in the lung samples from severely immuno-compromised patients with ARDS. Thus, we postulate the existence of a vicious cycle whereby inflammation/oxidative stress driven ferroptosis supported by endogenous 15-LOX acts as the major contributor to immunosuppression that sets the stage for the secondary P. aeruginosa infection of immune-impaired lung and further enhancement of ferroptosis by exogenous bacterial pLoxA. We propose to design and use selective small molecule pLoxA inhibitors, which will act as anti-ferroptotic agents thus representing new classes of pulmonary protectors. Aim 1 will reveal and decipher pathogenic mechanisms through which reactions of phospholipid peroxidation catalyzed by isoforms of endogenous mammalian 15-LOX or exogenous bacterial pLoxA – in conditions of GPX4/GSH deficiency – lead to accumulation of hydroperoxy-phospholipids in murine lung epithelial cells (MLE) and alveolar macrophages and establish molecular identity and ferroptotic properties of these products. By using redox lipidomics we will identify and quantify 15-HOO-AA-PE biomarkers of ferroptosis in vivo using a two-hit model of immunosuppression. We will also employ iNOS KO animals exposed to P. aeruginosa to reveal the role of NO• as a regulator of pLoxA-driven AA-PE oxidation and ferroptotic death in the mouse lung vivo. In Aim 2, we will design and develop selective inhibitors of pLoxA regulating P. aeruginosa-driven ferroptosis in epithelia and macrophages as a new class of small-molecule cytoprotective agents preventing breach of the barrier and immunosuppression.
在ARDS中,细菌病原体会损害宿主细胞,激活先天免疫回报并创建促氧化剂 通过其中一项死亡计划导致细胞死亡的环境。该项目将重点放在最近描述的 死亡程序,铁吞作用,通过在条件下脂质过氧化的Fe依赖性激活实现 谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的缺乏,一种硒酶独特的酶,能够还原磷脂 氢过氧化物。我们确定了15-氢氧基 - 芳基烯酰基磷脂酰乙醇胺(15-Hoo-aa-pe) 铁凋亡的特异性脂质生物标志物。我们还发现15-脂氧合酶(15lox)的复合物与A 脚手架蛋白PEBP1在产生15-HOA-AA-PE信号方面起着主要作用。我们泄露了铁铁作用 人类肺上皮的死亡计划。铁凋亡发生在替代激活的巨噬细胞中 •/iNOS的水平较低,从而导致免疫抑制。出乎意料的是,我们发现这是一个普遍的 革兰氏阴性病原体,铜绿假单胞菌 - 不含多不饱和磷脂氧化 底物 - 表达15lox(ploxa),氧化物宿主多不饱和PE,产生15-Hoo-aa-pe,并且 与内源性宿主15-Lox无关,引起上皮细胞和巨噬细胞的铁凋亡。 在来自ARDS患者的临床铜绿假单胞菌分离株中检测到螺旋病诱导的ploxa。 15-hoo-aa- 在严重免疫受损的ARDS患者的肺样本中鉴定出PE。那,我们 假设存在恶性循环,从而支持了受支持的感染/氧化应激驱动的铁毒性 内源性15-lox充当免疫抑制的主要因素,为 免疫受损肺的继发性铜绿假单胞菌感染,并通过 外源细菌ploxa。我们建议设计和使用选择性的小分子ploxa抑制剂,这些抑制剂 将充当抗肿瘤剂,从而代表新类别的肺部保护剂。 AIM 1将揭示和 解密的致病机制,通过这些机制,通过同工型催化磷脂过氧化的反应 内源性哺乳动物15-lox或外源细菌ploxa - 在GPX4/GSH缺乏症的情况下 导致鼠肺上皮细胞(MLE)和肺泡中的水过氧磷脂积累 巨噬细胞并建立这些产物的分子身份和铁凋亡特性。通过使用氧化还原 脂质组学我们将使用两击模型在体内识别并量化15-hoo-aa-aa-pe生物标志物 免疫抑制。我们还将采用暴露于铜绿假单胞菌的Inos KO动物来揭示 no•作为小鼠肺Vivo中植物驱动的AA-PE氧化和铁毒性死亡的调节剂。在AIM 2中,我们 将设计和开发在上皮和铜绿假单胞菌驱动的浮雕的ploxa的选择性抑制剂中 巨噬细胞是一类新的小分子细胞保护剂,以防止障碍物和 免疫抑制。

项目成果

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