Implication of PINK1 expression via melatonin-mediated MT2/Akt/NF-κB signaling pathway on high glucose-induced neuronal cell apoptosis

Abstract

고혈당증은 당뇨병의 대표적인 위험인자로서 당뇨병 매개 신경세포사멸과 밀접하게 연관되어 있다. 이전의 연구자들은 광범위 유전체연구를 통해서 당뇨병에서 멜라토닌 수용체 신호전달경로의 역할을 규명함으로써 당뇨병과 멜라토닌 수용체간의 상관관계를 보여주었다. 하지만, 당뇨병의 발병기전에 있어서 멜라토닌 수용체의 역할은 명확하지 않다. 따라서, 이번 연구는 고포도당 유도 신경세포 사멸에 있어서 미토콘드리아 자가섭식작용 조절자의 역할과 멜라토닌이 이에 미치는 영향을 밝히기 수행되었으며, 연구결과는 아래와 같다. 신경세포모델에서 고포도당 처리는 PINK1과 LC-3B 발현을 증가시켰으며, COX4 발현과 미토콘드리아 표지자의 발현을 감소시켰다. siRNA를 이용한 PINK1 발현 억제 실험에서 미토콘드리아 내 활성산소종 생성 증가와 미토콘드리아 막전위 감소가 확인되었으며, 활성형 캐스파아제 발현과 아넥신 V 양성 세포 수는 증가되었다. 고포도당 환경에 노출된 신경세포는 PINK1발현과 2형 멜라토닌 수용체의 발현이 증가되었으며, 활성산소종 차단제 전처리에 의해서 PINK1과 2형 멜라토닌 수용체의 발현이 감소되었다. 멜라토닌처리는 고포도당 환경에 의해 유도된 PINK1 발현을 항진시켰으며, 이는 2형 멜라토닌 수용체 억제제 전처리에 의해서 감소되었다. 멜라토닌 처리에 의한 Akt/NF-κB 인산화는 NF-κB의 핵 내 이동 유도를 통하여 PINK1의 발현을 증가시켰다. 또한, PINK1 발현의 억제는 멜라토닌 처리를 통해 감소되었던 활성산소종 생성과 활성형 캐스파아제 발현, 아넥신 V 양성세포수를 증가시켰다. 결론적으로, 멜라토닌은 신경세포에서 MT2/Akt/NF-κB 신호전달경로를 통해서 PINK1 발현을 촉진시키며, 고포도당상태에서의 신경세포 자멸사를 억제시켰다.

Hyperglycemia is a representative hallmark and risk factor for diabetes mellitus (DM) and is closely linked to DM-associated neuronal cell death. Previous investigators reported on a genome-wide association study and showed relationships between DM and melatonin receptor (MT), highlighting the role of MT signaling by assessing melatonin in DM. However, the role of MT signaling in DM pathogenesis is unclear. Therefore, this present study investigated the role of mitophagy regulators in high glucose-induced neuronal cell death and the effect of melatonin against high glucose-induced mitophagy regulators in neuronal cells. In the present study results, High glucose significantly increased PINK1 and LC-3B expressions, as well it decreased COX4 expression and Mitotracker™ fluorescence intensity. Silencing of PINK1 stimulated mitochondrial ROS accumulation and mitochondrial membrane potential impairment, and increased expression of cleaved caspase and the number of annexin V-positive cells. Furthermore, melatonin-increased PINK1 expression in neuronal cells was reversed by ROS scavenger pretreatment. In addition, high glucose-stimulated melatonin receptor 1B (MTNR1B) mRNA expression was reversed by ROS scavenger pretreatment. Up-regulation of PINK1 expression in neuronal cells is suppressed by pretreatment with MT2 receptor-specific inhibitor. Melatonin stimulated Akt phosphorylation, which was followed by NF-κB phosphorylation and nuclear translocation. Pretreatment with NF-κB inhibitor suppressed melatonin-induced PINK1 expression. Silencing of PINK1 expression abolished melatonin-regulated mitochondrial ROS production, cleaved caspases expressions, and increased the number of annexin V-positive cells. In conclusion, the present study have demonstrated the melatonin stimulates PINK1 expression via an MT2/Akt/NF-κB pathway, and such stimulation is important for the prevention of neuronal cell apoptosis under high glucose conditions.