タバコ喫煙によるミトコンドリア機能障害およびCOPDの病因におけるミトコンドリア機能障害における内部ミトコンドリアタンパク質OPA1の役割

背景：慢性閉塞性肺疾患（COPD）や特発性肺線維症（IPF）などの慢性肺疾患は、いくつかのミトコンドリアの変化に関連しています。タバコの煙（CS）は、ミトコンドリアの構造と機能を変化させます。OPA1は、融合イベントの原因となる主な内側ミトコンドリアGTPaseです。OPA1は、急性ストレスと陽性の間に、長い形態から短い形態から短い形態から短い形態から短い形態からタンパク質分解切断を受けます。ただし、CS誘発性マイトファジーおよびCOPDにおけるOPA1アイソフォームと関連するタンパク質の正確な役割は明らかではありません。 方法：非喫煙者、喫煙者、COPD、IPFの肺組織を使用して、OPA1および関連タンパク質の相対的な発現を決定しました。さらに、OPA1の状態を評価するために、慢性（6か月）CS暴露のマウス肺を使用しました。正常およびCOPD患者からの原発性肺線維芽細胞および裸のモルラット（NMR）肺線維芽細胞、ヒト胎児肺線維芽細胞（HFL1）、野生型（WT）、OPA1 - / - 、MFN1およびMFN2-/のマウス胚線維芽細胞 - - OPA1アイソフォームに対するCSの効果を決定します。さまざまなミトコンドリア融合プロモーター/活性化因子（BGP-15、レフルノミド、M1）および核分裂阻害剤（DRP1）を使用して、それぞれOPA1状態とタバコ煙抽出物（CSE）誘導肺上皮（BEAS2B）細胞損傷に対する効果を決定しました。Seahorse Flux Analyzerを使用して、CSE曝露の有無にかかわらずBEAS2B細胞におけるこれらの化合物の効果を決定しました。 調査結果：COPD被験者では、短いOPA1アイソフォームが主に検出され、大幅に増加しました。NMRを除くさまざまな細胞株における急性CSE治療は、長いOPA1アイソフォームの長い変換を増加させることがわかった。CSE治療は、使用されたすべての細胞でミトコンドリアストレス関連タンパク質SLP2を有意に増加させました。プロヒビチン（PHB1および2）のようなOPA1相互作用パートナーも、CS暴露に応じて変更されました。最後に、BGP-15およびレフルノミド治療は、CSEで処理した細胞の長いOPA1アイソフォームを保存することができました。 解釈/結論：SLP2およびプロヒビチンとともに長いOPA1アイソフォームは、CS誘発性肺損傷で重要な役割を果たし、COPDのミトファジー/ミトコンドリア機能障害を引き起こします。

BACKGROUND: Chronic lung diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) are linked to several mitochondrial alterations. Cigarette smoke (CS) alters the structure and function of mitochondria. OPA1 is the main inner mitochondrial GTPase responsible for the fusion events. OPA1 undergoes proteolytic cleavage from long to short forms during acute stress and mitophagy. However, the exact role of OPA1 isoforms and related proteins during CS-induced mitophagy and COPD is not clear. METHODS: Lung tissues from non-smokers, smokers, COPD and IPF were used to determine the relative expression of OPA1 and related proteins. Additionally, we used mouse lungs from chronic (6 months) CS exposure to evaluate the status of OPA1. Primary lung fibroblasts from normal and COPD patients and naked mole rat (NMR) lung fibroblasts, human fetal lung fibroblast (HFL1), mouse embryonic fibroblast from wild type (WT), OPA1-/-, MFN1 and MFN2-/- were used to determine the effect of CS on OPA1 isoforms. Various mitochondrial fusion promoters/activators (BGP-15, leflunomide, M1) and fission inhibitor (DRP1) were used to determine their effect on OPA1 status and cigarette smoke extract (CSE)-induced lung epithelial (BEAS2B) cell damage, respectively. Seahorse flux analyzer was used to determine the effect of these compounds in BEAS2B cells with and without CSE exposure. FINDINGS: Short OPA1 isoforms were predominantly detected and significantly increased in COPD subjects. Acute CSE treatment in various cell lines except NMR was found to increase the conversion of long to short OPA1 isoforms. CSE treatment significantly increased mitochondrial stress-related protein SLP2 in all the cells used. OPA1 interacting partners like prohibitins (PHB1 and 2) were also altered depending on the CS exposure. Finally, BGP-15 and leflunomide treatment were able to preserve the long OPA1 isoform in cells treated with CSE. INTERPRETATION/CONCLUSION: The long OPA1 isoform along with SLP2 and prohibitins play a crucial role in CS-induced lung damage, causing mitophagy/mitochondrial dysfunction in COPD, which may be used as a novel therapeutic target in COPD.