細胞の老化におけるセラミドの役割

最近、セラミドを生成するために活性化されたスフィンゴミエリナーゼによる膜スフィンゴミエリンの加水分解を含むスフィンゴミエリンサイクルは、白血病および他の細胞タイプの細胞分化とアポトーシスの重要な経路として出現しました。ここでは、Wi-38ヒト二倍体線維芽細胞（HDF）の老化におけるこの経路の役割を調査します。細胞が老化相に入ると、内因性レベルのセラミドが大幅に増加し（4倍）、具体的に（他の脂質と比較して）増加することがわかりました。セラミドの増加のメカニズムの調査は、中性スフィンゴミエリナーゼ活性が老化細胞で8〜10倍上昇するという発見をもたらしました。HDFが血清の離脱または接触阻害に続いて静止したため、スフィンゴミエリナーゼ活性またはセラミドレベルに変化はありませんでした。したがって、HDFにおけるスフィンゴミエリナーゼ/セラミド経路の活性化は老化によるものであり、老化は静止と区別できる細胞発達の明確なプログラムを表す仮説を支持します。追加の研究では、セラミドが老化表現型を誘導する能力を明らかにしました。したがって、外因性セラミド（15ミクロム）が若いWI-38 HDFに投与された場合、老化細胞で観察されたものに匹敵する内因性レベルを生成しました（代謝標識研究によって決定されます）。10〜15ミクロムのセラミド濃度は、若いHDFの成長を阻害し、DNA合成と顕著性を阻害する能力により老化表現型を誘導しました。これらのセラミド濃度はまた、網膜芽細胞腫の脱リン酸化を誘導し、若いHDFの血清誘発AP-1活性化を阻害し、したがって老化の基本的な生化学的および分子変化を再現しました。したがって、スフィンゴミエリナーゼとセラミドは、細胞老化のメディエーターとして関与する可能性があります。

Recently the sphingomyelin cycle, involving the hydrolysis of membrane sphingomyelin by an activated sphingomyelinase to generate ceramide, has emerged as a key pathway in cell differentiation and apoptosis in leukemic and other cell types. Here we investigate a role for this pathway in the senescence of WI-38 human diploid fibroblasts (HDF). We found that endogenous levels of ceramide increased considerably (4-fold) and specifically (compared with other lipids) as cells entered the senescent phase. Investigation of the mechanism of increased ceramide led to the discovery that neutral sphingomyelinase activity is elevated 8-10 fold in senescent cells. There were no changes in sphingomyelinase activity or ceramide levels as HDF entered quiescence following serum withdrawal or contact inhibition. Thus, the activation of the sphingomyelinase/ceramide pathway in HDF is due to senescence and supports the hypotheses that senescence represents a distinct program of cell development that can be differentiated from quiescence. Additional studies disclosed the ability of ceramide to induce a senescent phenotype. Thus, when exogenous ceramide (15 microM) was administered to young WI-38 HDF, it produced endogenous levels comparable to those observed in senescent cells (as determined by metabolic labeling studies). Ceramide concentrations of 10-15 microM inhibited the growth of young HDF and induced a senescent phenotype by its ability to inhibit DNA synthesis and mitogenesis. These concentrations of ceramide also induced retinoblastoma dephosphorylation and inhibited serum-induced AP-1 activation in young HDF, thus recapitulating basic biochemical and molecular changes of senescence. Sphingomyelinase and ceramide may thus be implicated as mediators of cellular senescence.