Research Abstract


Construction of photoenergetic mitochondria in cultured mammalian cells

2013年4月9日 Scientific Reports 3 : 1635 doi: 10.1038/srep01635

プロトン駆動力(PMF)は、さまざまな細胞応答が起こるためのバイオエネルギーとして重要である。我々は、哺乳類培養細胞において光に応答してPMFを発生するミトコンドリアを作製した。CHO-K1細胞のミトコンドリアに、古細菌ハロテリジェナ・タークメニカ(Haloterrigena turkmenica)由来の光駆動型プロトンポンプであるデルタロドプシンを発現させた。構築されたCHO-K1細胞株では、ロテノン(電子伝達系においてPMF発生に関与するミトコンドリア複合体I活性を阻害する農薬)によって誘導される細胞死が抑制されることが示された。ヒト神経芽細胞腫のSH-SY5Y細胞のミトコンドリアにもデルタロドプシンを導入した。構築された安定なSH-SY5Y細胞株では、パーキンソン病モデルの誘導剤であり、ミトコンドリア複合体I活性の阻害を介して作用する1-メチル-4-フェニル-1,2,3,6-テトラヒドロピリジン(MPTP)によって誘導されるドーパミン作動性神経細胞死が抑制されることが示された。これらの結果は、光によって活性化されるプロトンポンプが、哺乳類細胞のミトコンドリアでPMFの産生因子として機能し、呼吸によるPMF発生の阻害によって誘導される細胞死を抑制したことを示唆している。

原 清敬1,2, 和田 丈慶3, 木野 邦器2,4, 朝日 透2,3 & 澤村 直哉2,3

  1. 神戸大学 自然科学系先端融合研究環
  2. 早稲田大学 先端科学・健康医療融合研究機構
  3. 早稲田大学 理工学術院
  4. 早稲田大学 先進理工学部 応用化学科
The proton motive force (PMF) is bio-energetically important for various cellular reactions to occur. We developed PMF-photogenerating mitochondria in cultured mammalian cells. An archaebacterial rhodopsin, delta-rhodopsin, which is a light-driven proton pump derived from Haloterrigena turkmenica, was expressed in the mitochondria of CHO-K1 cells. The constructed stable CHO-K1 cell lines showed suppression of cell death induced by rotenone, a pesticide that inhibits mitochondrial complex I activity involved in PMF generation through the electron transport chain. Delta-rhodopsin was also introduced into the mitochondria of human neuroblastoma SH-SY5Y cells. The constructed stable SH-SY5Y cell lines showed suppression of dopaminergic neuronal cell death induced by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), an inducer of Parkinson's disease models, which acts through inhibition of complex I activity. These results suggest that the light-activated proton pump functioned as a PMF generator in the mitochondria of mammalian cells, and suppressed cell death induced by inhibition of respiratory PMF generation.