The role of SIRT3 inducers in preventing alveolar epithelial cell death and lung fibrosis

SIRT3诱导剂在预防肺泡上皮细胞死亡和肺纤维化中的作用

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract The pathogenesis of age-related idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and asbestosis is complex and incompletely understood, though accumulating evidence firmly implicates mitochondrial DNA (mtDNA) damage that lead to alveolar epithelial cell (AEC) apoptosis as a key event in disease development. We previously showed that the extent of AEC mtDNA damage, mitochondrial aconitase (ACO-2) depletion and apoptosis are critical determinants of the fibrogenic potential of asbestos. Sirtuin 3 (SIRT3) is the major mitochondrial deacetylase and considered the “guardian of the mitochondrial genome” through its role in regulating mitochondrial proteins that detoxify oxidative stress and preserve mtDNA via modulation of mitochondrial 8- oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) and ACO-2 activities. Our preliminary studies in preparation for this proposal show that oxidative stress (asbestos or H2O2) decreases AEC SIRT3 protein expression; that SIRT3 silencing augments while SIRT3 enforced expression (EE) attenuates oxidant-induced AEC ACO-2 depletion, mtDNA damage, and apoptosis; that SIRT3 deficiency enhances asbestos- and bleomycin-induced pulmonary fibrosis in association with increased AEC mtDNA damage; and that lungs from patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) have increased acetylation of OGG1 and MnSOD. Taken together, these data suggest a novel role for SIRT3 in the maintenance of a healthy alveolar epithelium and prevention of fibrotic lung diseases. We hypothesize that honokiol, a small molecule SIRT3 inducer, attenuates oxidant-induced AEC mtDNA damage, mitochondrial ROS production, and apoptosis as well as pulmonary fibrosis in part by maintaining expression and activity of OGG1, ACO-2, and MnSOD. We have formulated two related aims to test this hypothesis. In Aim 1, we will determine whether honokiol prevents oxidant-induced AEC mtDNA damage and intrinsic apoptosis in vitro via a SIRT3-dependent mechanism involving preservation of AEC mitochondrial protein (OGG1, ACO-2, MnSOD) function and reduction in protein acetylation and mitochondrial ROS. In Aim 2, we will use wild-type and Sirt3-/- mice to determine whether honokiol and resveratrol (another small molecule sirtuin inducer) mitigate pulmonary fibrosis (asbestos or bleomycin) in vivo by a SIRT3- dependent mechanism and whether protection is associated with reductions in alveolar epithelial type 2 cell (AT2) OGG1 and MnSOD acetylation, mtDNA damage, and apoptosis. These studies will elucidate the importance of honokiol-induced SIRT3-EE in preserving AT2 cell mtDNA integrity and preventing lung fibrosis which may have broad implications for the treatment of IPF and other fibrotic lung diseases.
项目概要/摘要 与年龄相关的特发性肺纤维化(IPF)和石棉肺的发病机制很复杂, 尚未完全了解,但越来越多的证据明确表明线粒体 DNA (mtDNA) 损伤 导致肺泡上皮细胞(AEC)凋亡是疾病发展的关键事件。 结果表明,AEC mtDNA 损伤、线粒体顺乌头酸酶 (ACO-2) 耗竭和细胞凋亡的程度 Sirtuin 3 (SIRT3) 是石棉纤维化潜力的关键决定因素。 脱乙酰酶并通过其在调节中的作用被认为是“线粒体基因组的守护者” 线粒体蛋白通过调节线粒体 8- 解毒氧化应激并保护 mtDNA 我们为此做准备的初步研究。 提案表明氧化应激(石棉或 H2O2)会降低 AEC SIRT3 蛋白的表达; 沉默增强而 SIRT3 强制表达 (EE) 减弱氧化剂诱导的 AEC ACO-2 耗竭, mtDNA 损伤和细胞凋亡;SIRT3 缺乏会增强石棉和博来霉素诱导的肺损伤 纤维化与 AEC mtDNA 损伤增加有关;特发性患者的肺部 肺纤维化 (IPF) 增加了 OGG1 和 MnSOD 的乙酰化程度。 表明 SIRT3 在维持健康肺泡上皮和预防纤维化方面具有新作用 我们相信和厚朴酚是一种小分子 SIRT3 诱导剂,可以减轻氧化剂诱导的肺部疾病。 AEC mtDNA 损伤、线粒体 ROS 产生、细胞凋亡以及肺纤维化部分由 维持 OGG1、ACO-2 和 MnSOD 的表达和活性我们制定了两个相关目标。 在目标 1 中,我们将确定诺木酚是否可以预防氧化剂诱导的 AEC mtDNA。 通过 SIRT3 依赖性机制(涉及 AEC 的保存)进行体外损伤和内在凋亡 线粒体蛋白(OGG1、ACO-2、MnSOD)功能以及蛋白质乙酰化和线粒体的减少 在目标 2 中,我们将使用野生型和 Sirt3-/- 小鼠来确定和厚朴酚和白藜芦醇(另一种 小分子 Sirtuin 诱导剂)通过 SIRT3- 减轻体内肺纤维化(石棉或博莱霉素) 依赖机制以及保护是否与肺泡上皮 2 型细胞减少相关 (AT2) OGG1 和 MnSOD 乙酰化、mtDNA 损伤和细胞凋亡。 和厚朴酚诱导的 SIRT3-EE 在保护 AT2 细胞 mtDNA 完整性和预防肺纤维化中的重要性 这可能对 IPF 和其他纤维化肺部疾病的治疗具有广泛的影响。

项目成果

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