ニコチン受容体を介するステロイド産生幹細胞の分化制御 矢澤隆志 ( 旭川医科大学生化学講座細胞制御科学分野 )
コレステロール StAR コレステロール CYP11A1 プレグネノロン CYP17A1 17α-OH pregnenolone CYP17A1 DHEA 生殖腺 3β-HSD CYP19A1 プロゲステロン 17α-OH progesterone Androstenedione Estrone 黄体ホルモン CYP21A 17β-HSD Deoxycorticosterone Deoxycortisol テストステロン エストラジオール CYP11B2 CYP11B1 男性ホルモン 女性ホルモン コルチコステロン コルチゾール 糖質コルチコイド 18-OH corticosterone アルドステロン 鉱質コルチコイド 副腎 哺乳類のステロイドホルモン合成経路
骨髄間質に存在する間葉系幹細胞
核内転写因子 NR5A family (SF-1 and LRH-1) は間葉系幹細胞をステロイドホルモン産生細胞に分化誘導できる 間葉系幹細胞 SF-1 SF-1/LRH-1 導入 plasmid transfection retrovirus LRH-1 ステロイドホルモン産生細胞 SF-1/LRH-1 恒常発現細胞クローン化 camp による分化誘導 (2~7days) StAR CYP11A1 HSD3B2 CYP21A2 CYP17A1 CYP11B1 -actin camp 0 1 3 5 7 (-) (Yazawa et al. 2006, 2009,2010,2011, 2014)
間葉系幹細胞は 株や由来の違いによりステロイド産生細胞の分化形質は異なる 細胞名由来 SF-1/LRH-1 導入法分泌ステロイド分化形質 KUM9 マウス骨髄 plasmid プロゲステロン テストステロン 精巣 ライディッヒ細胞 hmsc- TERT-E6E7 ヒト骨髄 plasmid retrovirus コルチゾールコルチゾール 副腎 束状層細胞 UE7T-13 ヒト骨髄 retrovirus テストステロン コルチゾール UE6E7T-12 retrovirus テストステロン コルチゾール 胎児性副腎様細胞 UE6E7T-11 retrovirus テストステロン コルチゾール UCB408E6E7T-33 ヒト胎児臍帯血 retrovirus プロゲステロン エストラジオール黄体化顆粒膜細胞 EPC2 ヒト月経血 retrovirus テストステロン コルチゾール胎児性副腎様細胞
ステロイドホルモン産生細胞への分化に伴い CHRNA3 が誘導された 分化前後の幹細胞における DNA マイクロアレイ解析 GFP を導入した間葉系幹細胞 SF-1 を導入した間葉系幹細胞 mrna Microarray による遺伝子発現解析 Gene Symbol Gene Name Fold Change PLIN1 perilipin 1061.9 GSTA1 glutathione S-transferase alpha 1 554.0 AADAC arylacetamide deacetylase (esterase) 551.0 HSD11B2 hydroxysteroid (11-beta) dehydrogenase 2 429.5 HSD3B2 hydroxy-delta-5-steroid dehydrogenase, 3 beta- and steroid delta-isomerase 2 397.8 LBP lipopolysaccharide binding protein 283.5 CYP3A4 cytochrome P450, family 3, subfamily A, polypeptide 4 281.7 DLK1 delta-like 1 homolog (Drosophila) 196.5 CYP17A1 cytochrome P450, family 17, subfamily A, polypeptide 1 153.6 KCNK3 potassium channel, subfamily K, member 3 112.4 GSTA3 glutathione S-transferase alpha 3 109.9 HES6 hairy and enhancer of split 6 (Drosophila) 99.9 CYP19A1 cytochrome P450, family 19, subfamily A, polypeptide 1 51.6 CYP11B1 cytochrome P450, family 11, subfamily B, polypeptide 1 46.9 SLC13A2 solute carrier family 13 (sodium-dependent dicarboxylate transporter), member 2 39.2 CHRNA3 cholinergic receptor, nicotinic, alpha 3 34.5 CYP11A1 cytochrome P450, family 11, subfamily A, polypeptide 1 33.4 CHRNA3 SF-1 -actin hmscs GFP SF-1 (-)
CHRNA3 は ステロイド産生細胞への分化に伴い発現が上昇することから SF 1 の標的遺伝子である可能性が高い GFP SF-1 Brain CHRNA1 CHRNA2 CHRNA3 si-control si-sf-1 CHRNA3 CHRNA4 -actin CHRNA5 CHRNA6 CHRNA7 ヒト副腎皮質由来 H295R 細胞における S F-1 のノックダウン CHRNA9 CHRNA10 -actin ヒト卵巣顆粒膜細胞由来 KGN 細胞における SF-1 の過剰発現
ヒト副腎皮質由来の H295R 細胞におけるニコチン受容体の発現 1 2 3 4 5 6 7 9 10 CHRNA 1 2 3 4 CHRNB
煙草由来のニコチンは 視床下部の CRH 分泌を刺激し これにより ACTH~ コルチゾールの産生が亢進する (Mendelson et al., 2008)
H295R 細胞において ニコチンは濃度依存的にステロイドホルモン産生関連遺伝子の発現とステロイドホルモン産生を低下させる Nicotine (nm) Cholesterol StAR CYP11A1 HSD3B2 CYP21A2 CYP17A1 actin 0 1 10 100 StAR Cholesterol CYP11A1 CYP17A1 Pregnenolone 3β-HSD Progesterone CYP21A2 Deoxycorticosterone CYP11B2 Corticosterone 17α-OH Pregnenolone 17α-OH Progesterone Deoxycortisol CYP11B1 Cortisol Progesterone(ng/ mg protein) 2000 1000 0 Nicotine + 18-OH Corticosterone Aldosterone 副腎皮質ホルモン
ニコチン処理により ステロイドホルモン産生関連遺伝子の発現は 早期に低下する StAR Cholesterol Cholesterol StAR Nicotine 0 1 3 6 12 24 (h) CYP11A1 Pregnenolone 3β-HSD CYP17A1 17α-OH Pregnenolone CYP21A2 Progesterone 17α-OH Progesterone actin CYP21A2 Deoxycorticosterone Deoxycortisol CYP11B2 CYP11B1 Corticosterone Cortisol 18-OH Corticosterone Aldosterone 副腎皮質ホルモン
低濃度のニコチンでは ACTH 分泌は上がらず 血中コルチゾール濃度は低下する
低濃度のニコチンでは ACTH 分泌は上がらず 血中コルチゾール濃度は低下する 150nM 25nM (Mendelson et al., 2008)
H295R 細胞では 低濃度のニコチンに反応してステロイドホルモン産生が低下する Nicotine (nm) Cholesterol StAR CYP11A1 HSD3B2 CYP21A2 CYP17A1 actin 0 1 10 100 StAR Cholesterol CYP11A1 CYP17A1 Pregnenolone 3β-HSD Progesterone CYP21A2 Deoxycorticosterone CYP11B2 Corticosterone 17α-OH Pregnenolone 17α-OH Progesterone Deoxycortisol CYP11B1 Cortisol Progesterone(ng/ mg protein) 2000 1000 0 Nicotine + 18-OH Corticosterone Aldosterone 副腎皮質ホルモン
低濃度のニコチンでは ACTH 分泌は上がらず 血中コルチゾール濃度は低下する 150nM 25nM (Mendelson et al., 2008)
まとめ 1 CHRNA3 は ステロイドホルモン産生細胞における SF-1 の標的遺伝子であり 分化に伴い発現が上昇する 2 副腎皮質由来の H295R 細胞には CHRNA3, 5, 7 や CHRNB2, 3, 4 が発現している 3 ニコチンは 低濃度で H295R 細胞におけるステロイドホルモン産生を阻害する