高いフルエンス低電力レーザー照射は、AKT/GSK3βシグナル伝達経路の不活性化によりアポトーシスを誘発します

高流体低電力レーザー照射（HF-LPLI）は、細胞アポトーシスを引き起こすために活性酸素種（ROS）を生成することにより、新たに発見された刺激です。グリコーゲン合成酵素キナーゼ3β（GSK3β）の活性化は、さまざまな刺激の下で内因性アポトーシス経路に関与していることが証明されています。ただし、アポトーシス因子GSK3βがHF-LPLI誘発アポトーシスに関与しているかどうかは解明されていません。したがって、本研究では、HF-LPLI治療（120 j/cm2、633 nm）下のアポトーシスにおけるGSK3βの関与を調査しました。GSK3βの活性化は、HF-LPLI誘発アポトーシスを促進する可能性があることがわかりました。これは、GSK3β-KD（GSK3βの選択的阻害剤）またはGSK3β-KD（優性陰性GSK3β）過剰発現によって予防できることがわかりました。また、HF-LPLIによるGSK3βの活性化は、GSK3βの広く報告された重要な上流のマイナス調節因子であるプロテインキナーゼB（AKT）の不活性化によるものであり、AKT/GSK3βシグナル伝達経路の存在と不活性化を示していることがわかりました。さらに、AKT/GSK3β経路の不活性化は、HF-LPLI治療のフルエンスに依存していました。さらに、ROSスカベンジャーであるビタミンCは、AKT/GSK3β経路の不活性化を完全に防ぎ、ROSの生成が不活性化に不可欠であることを示しています。さらに、GSK3βは、HF-LPLI処理時にMCL-1をダウンレギュレートすることにより、BAXの活性化を促進しました。総合すると、HF-LPLI刺激のためのAKT/GSK3βの不活性化で構成される、新しい重要なアポトーシスシグナル伝達経路を特定しました。私たちの研究は、LPLIによって誘発される生物学的メカニズムに知識を拡張します。

High fluence low-power laser irradiation (HF-LPLI) is a newly discovered stimulus through generating reactive oxygen species (ROS) to trigger cell apoptosis. Activation of glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) is proved to be involved in intrinsic apoptotic pathways under various stimuli. However, whether the proapoptotic factor GSK3β participates in HF-LPLI-induced apoptosis has not been elucidated. Therefore, in the present study, we investigated the involvement of GSK3β in apoptosis under HF-LPLI treatment (120 J/cm2, 633 nm). We found that GSK3β activation could promote HF-LPLI-induced apoptosis, which could be prevented by lithium chloride (a selective inhibitor of GSK3β) exposure or by GSK3β-KD (a dominant-negative GSK3β) overexpression. We also found that the activation of GSK3β by HF-LPLI was due to the inactivation of protein kinase B (Akt), a widely reported and important upstream negative regulator of GSK3β, indicating the existence and inactivation of Akt/GSK3β signaling pathway. Moreover, the inactivation of Akt/GSK3β pathway depended on the fluence of HF-LPLI treatment. Furthermore, vitamin c, a ROS scavenger, completely prevented the inactivation of Akt/GSK3β pathway, indicating ROS generation was crucial for the inactivation. In addition, GSK3β promoted Bax activation by down-regulating Mcl-1 upon HF-LPLI treatment. Taken together, we have identified a new and important proapoptotic signaling pathway that is consisted of Akt/GSK3β inactivation for HF-LPLI stimulation. Our research will extend the knowledge into the biological mechanisms induced by LPLI.