植物におけるフェロプトシスの複雑さの解明：トリガー、経路、抗酸化システムおよび関連するリンク

植物におけるフェロプトシスの複雑さの解明：トリガー、経路、抗酸化システムおよび関連するリンク

Unraveling the complexity of ferroptosis in plants: Triggers, pathways, antioxidant system and connecting links

シムラン・ラザー、ニラ・ガルグ *
パンジャブ大学 植物学部門、チャンディガル、160014、インド

Plant Physiology and Biochemistry 228 (2025)110221


（要約）

フェロプトーシス（Ferroptosis）は、最近発見された細胞死のメカニズムであり、鉄制御による脂質反応性酸素種（ROS）の蓄積により、他の調節された細胞死の形態と区別されます。当初は動物で示されたフェロプトーシスは、最終的に植物細胞でも発見され、動物システムと複数の共通の特徴を示しています。植物におけるこの細胞死経路は、鉄の恒常性メカニズムと関連しており、鉄が必須でありながら潜在的に毒性を持つという二重の性質を調節する上で不可欠です。植物におけるフェロプトーシスに関連する重要な要素には、脂質代謝酵素、鉄キレート剤、ROS除去システム、グルタチオンとアスコルビン酸の消耗が含まれます。フェロプトーシスによる細胞死は、脂質過酸化物の生成とミトコンドリアの収縮によって促進されます。しかし、フェロプトーシス阻害剤（フェロスタチン-1やシクロピロックスオラミンなど）を適用することで、脂質過酸化物とROSの蓄積を阻害し、細胞損傷を抑制できます。さらに、植物のフェロプトーシスを調節するためには、酸化ストレスと鉄に敏感なシグナル伝達経路や転写因子も重要です。植物におけるフェロプトーシスは複雑な経路であり、細胞レベルで葉緑体、ミトコンドリア、細胞質など、さまざまなコンパートメントから構成されています。植物の代謝メカニズムの明確さと高い compartmentalization 度合いによる植物システムの独自性は、フェロプトーシスの進行にさらに複雑さを加えています。したがって、本レビューでは、植物細胞におけるフェロプトーシスの現在の理解に焦点を当て、関与する多様な分子メカニズムと調節経路を扱い、鉄の恒常性と脂質過酸化の複雑なバランスをさらに解明し、この細胞死経路を調整する主要なタンパク質の機能に焦点を当てています。


図1の説明. フェロプトーシス細胞死に至る脂質過酸化のプロセス。

不安定な鉄は高い化学反応性を有し、細胞毒性を示す。フェントン反応は、Fe2+とH2O2を伴う酸化機構として特徴づけられ、非酵素的脂質過酸化プロセスと本質的に関連している。このプロセスは、
脂質基質（LーH）へのヒドロキシルラジカル（OH・）の導入によって促進される水素（H）の奪取を通じて、最終的に脂質ラジカル（L・）を生成する。脂質ラジカル（L・）はその後、分子状酸素（O2）と反応し、脂質ペルオキシルラジカル（LOO・）を形成する。このLOO・は隣接する多価不飽和脂肪酸（PUFA）から放出された水素（H）と相互作用し、脂質ヒドロペルオキシド（LOOH）を生成すると同時に、新たな脂質ラジカルを生成する。この新たなラジカルがさらなる酸化反応を引き起こす。この複雑なプロセスに関与する成分には、ホスファチジルエタノールアミン（PE）、リン脂質（PL-H）、リン脂質アルコキシラジカル（PL-O・）、リン脂質ペルオキシルラジカル（PL-OO・）、リン脂質ヒドロペルオキシド（PL-OOH）が含まれる。
　

図2の説明. 植物におけるフェロプトーシス反応の提案メカニズム。

フェロプトーシスによる細胞損傷は、生物的または非生物的ストレスによって活性化され、そのメカニズムには活性酸素種（ROS）の蓄積、グルタチオン（GSH）レベルの低下、鉄触媒による脂質酸化ストレスが含まれる。植物細胞における変化には、正常な核構造、小液胞の形成、ミトコンドリアの収縮、細胞質の収縮が含まれる。脂質過酸化物（多価不飽和脂肪酸（PUFA）によるフェントン反応またはリポキシゲナーゼ（LOX）活性による生成）およびNADPHオキシダーゼ（NOX）の活性によりROSが蓄積する。さらに、この細胞死の過程では、PCBP、フェリチン、NEETタンパク質、フラタクシン、電圧依存性アニオンチャネル（VDAC）、ATM3輸送体など、複数のタンパク質および輸送体が調節される。さらに、脂質過酸化物の解毒はグルタチオンペルオキシダーゼ（GPX；フェロプトーシスの負の調節因子）とチオレドキシン（TRX）によって行われ、この過程でGSHはグルタチオンレドキナーゼ（GRX）によって利用される。GSHは一酸化窒素（NO）の蓄積も調節する。Fer-1（フェロスタチン-1）、DPI（ジフェニレンジヨードニウム）、CPX（シクロピロキソラミン）、Lip-1（リプロキスタチン-1）はフェロプトーシス阻害剤であり、一方RSL3はこのメカニズムの誘導剤である。

図1

図2

本論文に出てくる略語集