低酸素はBNIP3が関与するメカニズムでアポトーシスコンピテント細胞におけるオートファジー細胞死を誘導する

低酸素（酸素の欠如）は、しばしば固形腫瘍に関連する生理学的ストレスです。腫瘍内の低酸素領域はアポトーシス依存性と見なされるため、低酸素は予後不良と相関しています。オートファジー（細胞「自己消化」）は、心虚血中の低酸素症と生存メカニズムとしての代謝ストレスと関連しています。ただし、オートファジーは生存反応として最もよく特徴付けられていますが、プログラムされた細胞死のメカニズムとしても機能する可能性があります。我々の結果は、オートファジー細胞死が無傷のアポトーシス機構を持つ癌細胞の低酸素によって誘発されることを示しています。2つの神経膠腫細胞株（U87、U373）、2つの乳癌細胞株（MDA-MB-231、ZR75）、および低酸素症の細胞死反応のための1つの胚細胞株（HEK293）を分析しました（<1％O（2））。正常酸素条件下では、5つの細胞株すべてがエトポシド誘発アポトーシスを受けますが、低酸素症はこれらのアポトーシス反応を誘導できません。5つの細胞株すべてがオートファジー反応を誘発し、低酸素症で細胞死を経験します。低酸素誘発細胞死は、オートファジー阻害剤3-メチルアデニンで治療すると減少しましたが、カスパーゼ阻害剤Z-VAD-FMKでは減少しませんでした。オートファジータンパク質Beclin-1またはATG5をノックダウンすることにより、低酸素誘発細胞死も減少しました。プロセルの死のBCL-2ファミリーメンバーBNIP3（BCL-2/アデノウイルスE1B 19kDainteractingタンパク質3）は、低酸素中に上方制御され、オートファジーと細胞死を誘発することが知られています。BNIP3の過剰発現はオートファジーを誘発し、BNIP3 siRNAまたはBNIP3の優性陰性型の発現が低酸素誘発性オートファジーを減少させることを発見しました。まとめると、これらの結果は、BNIP3を含むメカニズムを介して、長期にわたる低酸素がアポトーシス能力細胞のオートファジー細胞死を誘発することを示唆しています。

Hypoxia (lack of oxygen) is a physiological stress often associated with solid tumors. Hypoxia correlates with poor prognosis since hypoxic regions within tumors are considered apoptosisresistant. Autophagy (cellular "self digestion") has been associated with hypoxia during cardiac ischemia and metabolic stress as a survival mechanism. However, although autophagy is best characterized as a survival response, it can also function as a mechanism of programmed cell death. Our results show that autophagic cell death is induced by hypoxia in cancer cells with intact apoptotic machinery. We have analyzed two glioma cell lines (U87, U373), two breast cancer cell lines (MDA-MB-231, ZR75) and one embryonic cell line (HEK293) for cell death response in hypoxia (<1% O(2)). Under normoxic conditions, all five cell lines undergo etoposide-induced apoptosis whereas hypoxia fails to induce these apoptotic responses. All five cell lines induce an autophagic response and undergo cell death in hypoxia. Hypoxia-induced cell death was reduced upon treatment with the autophagy inhibitor 3-methyladenine, but not with the caspase inhibitor z-VAD-fmk. By knocking down the autophagy proteins Beclin-1 or ATG5, hypoxia-induced cell death was also reduced. The pro-cell death Bcl-2 family member BNIP3 (Bcl-2/adenovirus E1B 19kDainteracting protein 3) is upregulated during hypoxia and is known to induce autophagy and cell death. We found that BNIP3 overexpression induced autophagy, while expression of BNIP3 siRNA or a dominant-negative form of BNIP3 reduced hypoxia-induced autophagy. Taken together, these results suggest that prolonged hypoxia induces autophagic cell death in apoptosis-competent cells, through a mechanism involving BNIP3.