Mecanismes d’exposició apoptòtica a la fosfatidilserina | investigació cel·lular

Mecanismes d’exposició apoptòtica a la fosfatidilserina | investigació cel·lular

Anonim

Temes

  • Apoptosi
  • Senyalització cel·lular

Ha estat un enigma de molt de temps que la scramblase fa que els residus de fosfatidilserina siguin exposats a la superfície de les cèl·lules apoptòtiques, facilitant així el reconeixement fagocític, l’ingombrament i la destrucció de cadàvers apoptòtics. En un recent article a Science , Nagata i companys de feina revelen que la scramblases Xkr8 i el seu ortòleg de C. elegans , CED-8, ​​estan activats per la clivada de la caspasa a les cèl·lules apoptòtiques.

Totes les cèl·lules estan separades de l’ambient extracel·lular per la membrana plasmàtica, una bicapa fosfolípida que impedeix la difusió de proteïnes, ions i altres molècules essencials a l’espai extracel·lular i constitueix l’estructura en la qual s’incorporen les proteïnes de la membrana. A les cèl·lules animals, la composició de lípids dels fulletons extern i interior de la membrana plasmàtica no és simètrica. La fosfatidilcolina (PC) i la esfingomielina (SM) estan presents principalment al fullet extern de la membrana plasmàtica, mentre que la fosfatidilserina (PS), la fosfatidilinositol (PI) i la fosfatidiletanolamina (PE) estan restringides al fullet intern. Aquesta asimetria de lípids es manté per l’acció combinada d’enzims dependents d’ATP anomenats flipases i floppases, que translocen específicament els fosfolípids i altres molècules des del fullet de la membrana exterior a l’interior i del fullet de la membrana interior a l’exterior, respectivament 1 . L’asimetria de la composició de lípids no només defineix la propietat electroquímica i de curvatura de la membrana plasmàtica, sinó que també és essencial per a la correcta funció de lípids determinats, com per exemple, PI, que només funciona com a segon missatger si es troba en el fullet intern 2 . Tot i això, diversos processos fisiològicament rellevants, tan diversos com l’activació de plaquetes, l’alliberament de neurotransmissors, la capacitació d’espermatozoides o l’apoptosi, requereixen la dissipació de l’asimetria de lípids de la membrana plasmàtica, procés conegut com a escorcoll. Els enzims responsables d’aquesta activitat s’anomenen scramblases i funcionen per aleatoritzar la distribució de fosfolípids entre els dos fullets de membrana de manera independent 2, 3, 4 de l’ ATP.

Tot i que des de fa dècades es coneix la asimetria de la membrana plasmàtica i l’existència de flippases, floppases i scramblases, la identitat dels enzims específics implicats en aquestes activitats només s’ha començat a revelar durant els darrers anys. Molt recentment, el grup de Shigekazu Nagata va identificar TMEM16F com el llarg requerit de scramblase fosfolípida depenent del calci 3 . No obstant això, fins ara, la identitat de la scramblase implicada en l’exposició al PS relacionada amb l’apoptosi (i independent del calci) s’havia evitat. L’exposició PS a la superfície cel·lular és una característica clàssica de les cèl·lules apoptòtiques i actua com un senyal de “menja’m” que permet la fagocitosi dels cossos postapoptòtics. En un recent article a Science , el grup de Nagata va identificar la proteïna relacionada amb Xk (Xkr8) com l'enzim responsable d'aquesta activitat i va demostrar un paper evolutivament conservat d'aquesta proteïna en el líquid líquid induït per l'apoptosi 5 .

Per identificar enzims implicats en escorcollament de lípids de membrana, el grup de Nagata va aprofitar la seva línia de cèl·lula pro-B de ratolí Ba / F3 prèviament generada, que presentava un alt nivell basal d’exposició de PS. Després van generar una biblioteca d'ADNc a partir de cèl·lules Ba / F3 i la van sobreexpressar a la línia cel·lular parental. Mitjançant un enriquiment seqüencial de cèl·lules amb una major exposició a PS, van poder aïllar un ADNc que codifica la proteïna Xkr8, cosa que va millorar el desplomament de PS quan es sobreexpressava. La sobreexpressió de Xkr8 (però no la de TMEM16F) va ser capaç d’augmentar l’exposició al PS relacionada amb l’apoptosi. Els autors van observar que tant l’exposició al PS induïda per l’apoptosi com la deficiència del clearance del cos postapoptòtic deficient estaven correlacionades amb una baixa expressió de Xkr8 en les línies cel·lulars de leucèmia i limfoma, que estava relacionada amb la hipermetil·lació del seu promotor. Curiosament, aquestes dues alteracions es van revertir o sobreexpressant Xkr8 o bé mitjançant la restitució de l’expressió endògena de Xkr8 després del tractament amb l’agent desmetilitzant 5-aza-2’-desoxicitidina (DAC), cosa que suggereix que la metilació del promotor Xrk8 pot ser un mecanisme pel qual el tumor les cèl·lules eviten la seva fagocitosi després de la mort apoptòtica, que pot provocar un augment de la inflamació local, afavorint així la progressió del tumor. Lluny de restringir-se només a l’exposició a PS, la sobreexpressió Xrk8 va ser capaç de promoure l’escorrent de múltiples espècies de lípids durant l’apoptosi, cosa que es va demostrar mitjançant la incorporació d’anàlegs fluorescents PC i SM. Aquesta activitat es va limitar a esdeveniments apoptòtics, ja que la sobreexpressió de Xkr8 no va tenir cap efecte en l’exposició de PS provocada per Ca 2+ . Aquesta especificitat es pot explicar per la presència d’un lloc de reconeixement de caspasa conservat evolutivament a prop de la regió terminal de Xkr8 C, la mutació de la qual va impedir la divisió d’Xkr8 per caspase-3 o -7 i per l’exposició de PS durant el curs de l’apoptosi (Figura 1). Aquests resultats de les línies de cèl·lules humanes es van confirmar en fibroblasts embrionaris Xkr8 / / mouse i timocits fetals, que no van poder exposar PS en la inducció de l’apoptosi, destacant l’àmplia rellevància fisiològica de Xkr8 en el procés apoptòtic. Finalment, els autors es van traslladar al nematode Caenorhabditis elegans per analitzar si el paper de Xpr8 com a scramblase lipídica es conserva evolutivament. C. elegans allotja només un ortòleg de proteïnes Xk, CED-8, ​​conegut per participar en l'eliminació fagocítica de cadàvers apoptòtics 6 . Per determinar el paper de la CED-8 en l’exposició de PS, els autors van aprofitar l’assaig “floater”, que es basa en l’aparició de cèl·lules flotants (“flotadors”) que s’han desvinculat dels embrions de C. elegans amb defecte per a cèl·lules apoptòtiques. fagocitosi 7 . El grup de Nagata va descobrir que la deficiència de ced-8 condueix a l’acumulació de flotadors. A més, la deficiència de ced-8 va augmentar de forma sinèrgica el nombre de flotadors que es troben en altres mutants d'embulls, cosa que suggereix que la funció CED-8 no és redundant a la desenvolupada per mutants d'ingrediment coneguts anteriorment. Aquest efecte millorat de la supressió del ced-8 va ser depenent de la CED-3, l’ortòleg de C. elegans de la caspasa-3, confirmant els resultats esmentats en cèl·lules de mamífers. Els autors van caracteritzar aleshores que els flotadors resultants de la supressió del ced-8 mostren una exposició al PS majoritàriament deficient després de l’apoptosi de desenvolupament, confirmant el paper evolutivament conservat de les proteïnes relacionades amb Xk en el despreniment de lípids induït per l’apoptosi. Tot i això, van observar que la supressió del ced-8 no condueix a una deterioració total en la presentació d'apoptòtica de PS, cosa que suggereix que proteïnes addicionals han de participar en aquest procés. De fet, el factor que indueix l’apoptosi pot induir l’exposició de PS a les cèl·lules de mamífers de manera independent de la caspasa 8, i l’ ortòleg de C. elegans AIF, WAF-1, interactua físicament amb i activa una altra scramblase, SCRM-1 4 .

Image

Xrp8 actua com a scramblasa lipídica induïda per l'apoptosi. En condicions normals, l’acció combinada de múltiples mecanismes, incloent l’activitat de flipases i floppases, manté l’asimetria dels lípids entre els fulletons extern i interior de la membrana plasmàtica. Un cop activat el programa apoptòtic, les caspases-3 i -7 són capaces de clivar i activar la proteïna Xrp8, que actua com a escramblasa lipídica i condueix a la pèrdua d’asimetria lipídica, donant lloc a una exposició de PS a l’espai extracel·lular. Això actua com el senyal de "menjar-me" que permetrà la fagocitosi dels cadàvers post-apoptòtics. PC, fosfatidilcolina; SM, esfingomielina; PE, fosfatidiletanolamina; PS, fosfatidilserina.

Imatge a mida completa

En resum, a través d'una sèrie de manipulacions elegants, el grup de Nagata ha trobat la buscada escamblasa lipídica activada per la caspasa que media l'exposició de senyals de "menjar-me" en cossos cel·lulars postapoptòtics. Altres estudis sobre proteïna Xkr8, inclosos els mecanismes que participen en la seva repressió epigenètica poden obrir noves vies per a l'estudi de malalties autoimmunes, com el lupus eritematós, que està associat a un fracàs en el sistema de depuració del cadàver postapoptòtic.