実験的虚血性脳損傷に対するMCU発現を調節する効果

ミトコンドリアカルシウムユニポーター（MCU）は、ミトコンドリアへのCa2+流入にとって重要なチャネルです。本研究は、MCUノックダウンが虚血性脳損傷に有益な効果をもたらすかどうかを判断し、基礎となるメカニズムを探求することを目的としています。本研究は、MCUノックダウンではなく、総ノックアウト（KO）が虚血梗塞容積と原発性皮質神経細胞の虚血損傷を減衰させることを実証した。MCUノックダウンは、ミトコンドリアの超微細構造を維持し、カルシウム過負荷を軽減し、ミトコンドリアのアポトーシスを減少させました。さらに、MCUノックダウンは、脳梗塞後のMICU1およびMICU2の変化を調節しましたが、他のミトコンドリアカルシウム処理タンパク質では変化は観察されませんでした。メタボロミクスに基づいて、MCUノックダウンは、大脳梗塞後のエネルギー代謝を保護するために、中大脳動脈閉塞（MCAO）を誘発したアップレギュレートされたホスホエノールピルビン酸およびダウンレギュレーションGDPを逆転させました。さらに、WTマウス、MCU KOマウス、MCAOモデルのMCUノックダウンマウス間のトランスクリプトームシーケンスにより、合計87および245の差次的に発現した遺伝子（deg）が検出されました。次に、NR4A1は、トランスクリプトームスクリーニングと遺伝子検証を介して、in vivo虚血脳卒中モデルの異なるMCU発現のDEGの1つとして特定されました。さらに、MCUはNR4A1発現の虚血誘発アップレギュレーションをダウンレギュレートしました。一緒に、これは、MCUノックダウンが、カルシウムの恒常性を促進し、ミトコンドリアのアポトーシスを阻害し、エネルギー代謝を保護することにより、脳梗塞後に保護的役割を発揮するというさらなる証拠です。

Mitochondrial calcium uniporter (MCU) is a critical channel for Ca2+ influx into mitochondria. The present study aimed to determine if MCU knockdown has beneficial effects on ischemic brain injury and to explore the underlying mechanisms. The present study demonstrated that MCU knockdown but not total knockout (KO) attenuated ischemia infarction volume and primary cortical neuronal cells' ischemic damage. MCU knockdown maintained mitochondrial ultrastructure, alleviated calcium overload, and reduced mitochondrial apoptosis. Moreover, MCU knockdown regulated the changes of MICU1 and MICU2 after cerebral infarction, while no changes were observed in other mitochondrial calcium handling proteins. Based on metabolomics, MCU knockdown reversed middle cerebral artery occlusion (MCAO)-induced up-regulated phosphoenolpyruvate and down-regulated GDP to protect energy metabolism after cerebral infarction. Furthermore, a total of 87 and 245 differentially expressed genes (DEGs) were detected by transcriptome sequencing among WT mice, MCU KO mice and MCU knockdown mice in the MCAO model, respectively. Then, NR4A1 was identified as one of the DEGs in different MCU expressions in vivo ischemia stroke model via transcriptomic screening and genetic validation. Furthermore, MCU knockdown downregulated the ischemia-induced upregulation of NR4A1 expression. Together, this is the further evidence that the MCU knockdown exerts a protective role after cerebral infarction by promoting calcium homeostasis, inhibiting mitochondrial apoptosis and protecting energy metabolism.