複数の物理的ストレスは、赤血球細胞におけるγ-グロビン遺伝子発現と胎児ヘモグロビン産生を誘導します

胎児ヘモグロビン（HBF）発現の増加は、β-ヘモグロビノパシー患者にとって有益です。ただし、現在の誘導剤は、有効性、安全性、使いやすさの理想的な組み合わせを持っていません。γ-グロビン遺伝子誘導に関与するメカニズムをよりよく理解することは、誘導剤の完全なメカニズムが特定されていないため、改善された治療法を設計するために重要です。最も既知の誘導薬の細胞毒性の性質を考えると、γ-グロビンは細胞ストレス反応遺伝子であり、誘導は細胞ストレスシグナル伝達経路の活性化を介して発生すると仮定しました。エリスロイド細胞におけるγ-グロビン遺伝子発現を増加させるために、熱ショック（HS）、UVおよびX照射および浸透圧ショックを含む身体的ストレスの能力を調査することにより、この仮説をテストしました。K562およびKu812細胞での実験により、これらのストレスのそれぞれが定常状態γ-グロビンmRNAレベルを増加させることが示されましたが、それは3〜5日間の治療の後にのみでした。HSとUVは、原発性ヒト赤血球細胞の分化において、γ-グロビンmRNAおよびHBFレベルも増加しました。機構研究は、HSが新生転写や転写産物の安定性を含む複数のレベルでγ-グロビンmRNAに影響を与え、誘導は標準的なHS応答、HSF1、P38 MAPKのマスターレギュレーターのいずれにも依存しないことを示しました。阻害剤パネルテストにより、PI3K阻害剤LY294002が新規誘導剤として同定され、HSを介したγ-グロビン遺伝子誘導におけるNFκBおよびVEGFR/PDGFR/RAFキナーゼの潜在的な役割が明らかになりました。これらの発見は、細胞ストレスシグナル伝達経路がγ-グロビン遺伝子誘導に重要な役割を果たすことを示唆しており、胎児ヘモグロビンの薬理学的誘導の新しい標的を提供する可能性があることを示唆しています。

Increased fetal hemoglobin (HbF) expression is beneficial for β-hemoglobinopathy patients; however, current inducing agents do not possess the ideal combination of efficacy, safety and ease of use. Better understanding the mechanisms involved in γ-globin gene induction is critical for designing improved therapies, as no complete mechanism for any inducing agent has been identified. Given the cytotoxic nature of most known inducing drugs, we hypothesized that γ-globin is a cell stress response gene, and that induction occurs via activation of cell stress signaling pathways. We tested this hypothesis by investigating the ability of physical stresses including heat-shock (HS), UV- and X-irradiation and osmotic shock to increase γ-globin gene expression in erythroid cells. Experiments in K562 and KU812 cells showed that each of these stresses increased steady-state γ-globin mRNA levels, but only after 3-5days of treatments. HS and UV also increased γ-globin mRNA and HbF levels in differentiating primary human erythroid cells. Mechanistic studies showed that HS affects γ-globin mRNA at multiple levels, including nascent transcription and transcript stability, and that induction is dependent on neither the master regulator of the canonical HS response, HSF1, nor p38 MAPK. Inhibitor panel testing identified PI3K inhibitor LY294002 as a novel inducing agent and revealed potential roles for NFκB and VEGFR/PDGFR/Raf kinases in HS-mediated γ-globin gene induction. These findings suggest that cell stress signaling pathways play an important role in γ-globin gene induction and may provide novel targets for the pharmacologic induction of fetal hemoglobin.