p-ベンゾキノン誘発凝集とα-クリスタリンの構造とシャペロン機能の摂動は、タバコの煙関連白内骨形成の原因因子です

喫煙は白内障の重大な危険因子です。しかし、タバコの煙（CS）が白内障を引き起こすメカニズムはまだよくわかっていません。我々は以前、CSに曝露されたモルモットにおいて、肺内のCSに由来するp-ベンゾキノン（p-BQ）が循環系によって遠くの臓器に運ばれ、煙に関連したさまざまな病因を誘発することを示した。ここで、我々は、CS 曝露によりモルモットの眼の水晶体に p-BQ タンパク質付加物の蓄積が引き起こされることを観察しました。また、白内障患者の喫煙者から切除した水晶体に p-BQ タンパク質付加物の蓄積も観察されました。非喫煙者のレンズでは、そのような蓄積は観察されませんでした。p-BQ は強力なアリール化剤であり、血清アルブミンおよびヘモグロビンとマイケル付加体を形成し、構造と機能の変化を引き起こします。哺乳類の眼の水晶体の主要なタンパク質は、強力な分子シャペロンであるαA-クリスタリンです。αA-クリスタリンは、レンズの完全性と透明性を維持する上で重要な役割を果たします。SDS-PAGEは、p-BQがαA-クリスタリンの凝集を誘導したことを示した。UV-vis分光法、蛍光分光法、FT-IR、bis-ANS滴定などのさまざまな生物物理学的手法により、p-BQ修飾によるαA-クリスタリンの構造およびシャペロン機能の乱れが示唆されました。我々の結果は、p-BQ が αA-クリスタリンの修飾と CS 誘発性白内障の発症に関与する原因物質であることを示しています。私たちの発見は、喫煙が目の健康に及ぼす影響について国民に啓蒙し、喫煙を思いとどまらせるのに役立つでしょう。この研究は、科学者がCS誘発性白内障を早期に治療するための新薬を開発するのにも役立つ可能性がある。

Cigarette smoking is a significant risk factor for cataract. However, the mechanism by which cigarette smoke (CS) causes cataract remains poorly understood. We had earlier shown that in CS-exposed guinea pig, p-benzoquinone (p-BQ) derived from CS in the lungs is carried by the circulatory system to distant organs and induces various smoke-related pathogeneses. Here, we observed that CS exposure caused accumulation of the p-BQ-protein adduct in the eye lens of guinea pigs. We also observed accumulation of the p-BQ-protein adduct in resected lens from human smokers with cataract. No such accumulation was observed in the lens of never smokers. p-BQ is a strong arylating agent that forms Michael adducts with serum albumin and haemoglobin resulting in alterations of structure and function. A major protein in the mammalian eye lens is αA-crystallin, which is a potent molecular chaperone. αA-crystallin plays a key role in maintaining the integrity and transparency of the lens. SDS-PAGE indicated that p-BQ induced aggregation of αA-crystallin. Various biophysical techniques including UV-vis spectroscopy, fluorescence spectroscopy, FT-IR, bis-ANS titration suggested a perturbation of structure and chaperone function of αA-crystallin upon p-BQ modification. Our results indicate that p-BQ is a causative agent involved in the modification of αA-crystallin and pathogenesis of CS-induced cataract. Our findings would educate public about the impacts of smoking on eye health and help to discourage them from smoking. The study might also help scientists to develop new drugs for the intervention of CS-induced cataract at an early stage.