Biểu hiện cảm ứng của protein sốc nhiệt 20 bảo vệ tế bào biểu mô đường hô hấp chống lại tổn thương oxy hóa qua đường Nrf2-NQO-1

Springer Science and Business Media LLC - Tập 10 - Trang 1-15 - 2020
Aihua Bao1, Aying Ma1, Hui Zhang2, Lihua Qiao3, Suqin Ben1, Xin Zhou1, Min Zhang1
1Department of Respiratory and Critical Care Medicine, Shanghai General Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China
2Department of Respiratory and Critical Care Medicine, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Henan, China
3Department of Gynecology, The Fourth People’s Hospital of Shanghai, Tong Ji University, Shanghai, China

Tóm tắt

Protein sốc nhiệt (HSP) 20 là một chaperone phân tử thực hiện nhiều chức năng bảo vệ trong nhiều loại mô khác nhau. Tuy nhiên, biểu hiện của HSP20 và các chức năng cụ thể của nó trong các tế bào biểu mô đường hô hấp (AECs) vẫn chưa được làm rõ. Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi trước tiên xác nhận biểu hiện có thể do cảm ứng của HSP20 trong các tế bào AEC của chuột và trong một dòng tế bào biểu mô phế quản người BEAS-2B, dưới tác động của các tác nhân stress oxy hóa khác nhau. Sau đó, bằng cách thiết lập một mô hình chuột có hàm lượng HSP20 dồi dào với các lần tiếp xúc ozone ở mức thấp lặp đi lặp lại và kích thích mô hình này bằng một lần tiếp xúc ozone ở mức cao, chúng tôi nhận thấy rằng hàm lượng HSP20 cùng với sự phosphoryl hoá được tăng cường có thể góp phần vào việc giảm nhẹ các tổn thương oxy hóa, được minh chứng qua việc giảm trọng lượng cơ thể, sự tích tụ bạch cầu trung tính trong dịch rửa phế nang (BAL), sự bong tróc của AECs, và nồng độ albumin và E-cadherin trong BAL. Chức năng sinh học của HSP20 và các cơ chế phân tử của nó đã được nghiên cứu sâu hơn trong các tế bào BEAS-2B được chuyển gen HSP20-, HSP20(Ala) không thể phosphoryl hoá hoặc plasmid vector rỗng trước khi kích thích H2O2, mà khả năng oxy hóa của nó đã được chứng minh là tương tự như của ozone trong một hệ thống nuôi cấy không khí-lỏng. Chúng tôi phát hiện rằng mức độ ROS nội bào do H2O2 gây ra và sự apoptosis tế bào sớm đã giảm ở các tế bào được chuyển gen HSP20- nhưng không phải ở các tế bào được chuyển gen HSP20(Ala). Cả biểu hiện nội bào của NQO-1 (mRNA và protein) và nồng độ intranuclear của Nrf2 đều được tăng cường đáng kể ở các tế bào được chuyển gen HSP20- nhưng không ở các tế bào được chuyển gen HSP20(Ala) và vector rỗng sau khi kích thích H2O2. Biểu hiện cảm ứng của HSP20 trong AECs do stress oxy hóa có vai trò bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa, có thể liên quan đến sự kích hoạt của con đường Nrf2-NQO-1.

Từ khóa

#protein sốc nhiệt 20 #tế bào biểu mô đường hô hấp #tổn thương oxy hóa #Nrf2 #NQO-1

Tài liệu tham khảo

Holguin F. Oxidative stress in airway diseases. Ann Am Thorac Soc. 2013;10(Suppl):S150–7.

Zaidman NA, O’Grady KE, Patil N, Milavetz F, Maniak PJ, Kita H, et al. Airway epithelial anion secretion and barrier function following exposure to fungal aeroallergens: Role of oxidative stress. Am J Physiol Cell Physiol. 2017. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00043.2017.

Shintani Y, Maruoka S, Gon Y, Koyama D, Yoshida A, Kozu Y, et al. Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) regulates airway epithelial barrier integrity. Allergol Int. 2015;64(Suppl):S54-63.

Trachootham D, Lu W, Ogasawara MA, Nilsa RD, Huang P. Redox regulation of cell survival. Antioxid Redox Signal. 2008;10(8):1343–74.

Aug A, Altraja A, Altraja S, Laaniste L, Mahlapuu R, Soomets U, et al. Alterations of bronchial epithelial metabolome by cigarette smoke are reversible by an antioxidant, O-methyl-L-tyrosinyl-gamma-L-glutamyl-L-cysteinylglycine. Am J Respir Cell Mol Biol. 2014;51(4):586–94.

Niture SK, Kaspar JW, Shen J, Jaiswal AK. Nrf2 signaling and cell survival. Toxicol Appl Pharmacol. 2010;244(1):37–42.

Vos MJ, Hageman J, Carra S, Kampinga HH. Structural and functional diversities between members of the human HSPB, HSPH, HSPA, and DNAJ chaperone families. Biochemistry. 2008;47(27):7001–11.

Mymrikov EV, Seit-Nebi AS, Gusev NB. Large potentials of small heat shock proteins. Physiol Rev. 2011;91(4):1123–59.

Taylor RP, Benjamin IJ. Small heat shock proteins: a new classification scheme in mammals. J Mol Cell Cardiol. 2005;38(3):433–44.

Edwards HV, Cameron RT, Baillie GS. The emerging role of HSP20 as a multifunctional protective agent. Cell Signal. 2011;23(9):1447–54.

Wilhelmus MM, Boelens WC, Kox M, Maat-Schieman ML, Veerhuis R, de Waal RM, et al. Small heat shock proteins associated with cerebral amyloid angiopathy of hereditary cerebral hemorrhage with amyloidosis (Dutch type) induce interleukin-6 secretion. Neurobiol Aging. 2009;30(2):229–40.

Lee S, Carson K, Rice-Ficht A, Good T. Small heat shock proteins differentially affect Abeta aggregation and toxicity. Biochem Biophys Res Commun. 2006;347(2):527–33.

Niwa M, Hara A, Taguchi A, Aoki H, Kozawa O, Mori H. Spatiotemporal expression of Hsp20 and its phosphorylation in hippocampal CA1 pyramidal neurons after transient forebrain ischemia. Neurol Res. 2009;31(7):721–7.

Fan GC, Ren X, Qian J, Yuan Q, Nicolaou P, Wang Y, et al. Novel cardioprotective role of a small heat-shock protein, Hsp20, against ischemia/reperfusion injury. Circulation. 2005;111(14):1792–9.

Edwards HV, Scott JD, Baillie GS. The A-kinase-anchoring protein AKAP-Lbc facilitates cardioprotective PKA phosphorylation of Hsp20 on Ser(16). Biochem J. 2012;446(3):437–43.

Fan GC, Zhou X, Wang X, Song G, Qian J, Nicolaou P, et al. Heat shock protein 20 interacting with phosphorylated Akt reduces doxorubicin-triggered oxidative stress and cardiotoxicity. Circ Res. 2008;103(11):1270–9.

Fan GC, Kranias EG. Small heat shock protein 20 (HspB6) in cardiac hypertrophy and failure. J Mol Cell Cardiol. 2011;51(4):574–7.

An SS, Askovich PS, Zarembinski TI, Ahn K, Peltier JM, von Rechenberg M, et al. A novel small molecule target in human airway smooth muscle for potential treatment of obstructive lung diseases: a staged high-throughput biophysical screening. Respir Res. 2011;12:8.

Hesterberg TW, Last JA. Ozone-induced acute pulmonary fibrosis in rats. Prevention of increased rates of collagen synthesis by methylprednisolone. Am Rev Respir Dis. 1981;123(1):47–52.

Wagner JG, Van Dyken SJ, Wierenga JR, Hotchkiss JA, Harkema JR. Ozone exposure enhances endotoxin-induced mucous cell metaplasia in rat pulmonary airways. Toxicol Sci. 2003;74(2):437–46.

Serikov VB, Leutenegger C, Krutilina R, Kropotov A, Pleskach N, Suh JH, et al. Cigarette smoke extract inhibits expression of peroxiredoxin V and increases airway epithelial permeability. Inhal Toxicol. 2006;18(1):79–92.

Zhang L, Gallup M, Zlock L, Basbaum C, Finkbeiner WE, McNamara NA. Cigarette smoke disrupts the integrity of airway adherens junctions through the aberrant interaction of p120-catenin with the cytoplasmic tail of MUC1. J Pathol. 2013;229(1):74–86.

Ba M, Singer CA, Tyagi M, Brophy C, Baker JE, Cremo C, et al. HSP20 phosphorylation and airway smooth muscle relaxation. Cell Health Cytoskelet. 2009;2009(1):27–42.

Kirbach BB, Golenhofen N. Differential expression and induction of small heat shock proteins in rat brain and cultured hippocampal neurons. J Neurosci Res. 2011;89(2):162–75.

Dohke T, Wada A, Isono T, Fujii M, Yamamoto T, Tsutamoto T, et al. Proteomic analysis reveals significant alternations of cardiac small heat shock protein expression in congestive heart failure. J Card Fail. 2006;12(1):77–84.

Boluyt MO, Brevick JL, Rogers DS, Randall MJ, Scalia AF, Li ZB. Changes in the rat heart proteome induced by exercise training: Increased abundance of heat shock protein hsp20. Proteomics. 2006;6(10):3154–69.

Rhee JS, Kim RO, Choi HG, Lee J, Lee YM, Lee JS. Molecular and biochemical modulation of heat shock protein 20 (Hsp20) gene by temperature stress and hydrogen peroxide (H(2)O(2)) in the monogonont rotifer, Brachionus sp. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2011;154(1):19–27.

Kim RO, Rhee JS, Won EJ, Lee KW, Kang CM, Lee YM, et al. Ultraviolet B retards growth, induces oxidative stress, and modulates DNA repair-related gene and heat shock protein gene expression in the monogonont rotifer. Brachionus sp Aquat Toxicol. 2011;101(3–4):529–39.

Ajamieh HH, Menendez S, Martinez-Sanchez G, Candelario-Jalil E, Re L, Giuliani A, et al. Effects of ozone oxidative preconditioning on nitric oxide generation and cellular redox balance in a rat model of hepatic ischaemia-reperfusion. Liver Int. 2004;24(1):55–62.

Borrego A, Zamora ZB, Gonzalez R, Romay C, Menendez S, Hernandez F, et al. Protection by ozone preconditioning is mediated by the antioxidant system in cisplatin-induced nephrotoxicity in rats. Mediators Inflamm. 2004;13(1):13–9.

Wang Z, Han Q, Guo YL, Liu XH, Qiu T. Effect of ozone oxidative preconditioning on inflammation and oxidative stress injury in rat model of renal transplantation. Acta Cir Bras. 2018;33(3):238–49.

Qian J, Vafiadaki E, Florea SM, Singh VP, Song W, Lam CK, et al. Small heat shock protein 20 interacts with protein phosphatase-1 and enhances sarcoplasmic reticulum calcium cycling. Circ Res. 2011;108(12):1429–38.

Wang X, Zingarelli B, O’Connor M, Zhang P, Adeyemo A, Kranias EG, et al. Overexpression of Hsp20 prevents endotoxin-induced myocardial dysfunction and apoptosis via inhibition of NF-kappaB activation. J Mol Cell Cardiol. 2009;47(3):382–90.

Dhanasekaran DN, Reddy EP. JNK signaling in apoptosis. Oncogene. 2008;27(48):6245–51.

Circu ML, Aw TY. Reactive oxygen species, cellular redox systems, and apoptosis. Free Radic Biol Med. 2010;48(6):749–62.

Lu C, Armstrong JS. Role of calcium and cyclophilin D in the regulation of mitochondrial permeabilization induced by glutathione depletion. Biochem Biophys Res Commun. 2007;363(3):572–7.

Somara S, Gilmont RR, Varadarajan S, Bitar KN. Phosphorylated HSP20 modulates the association of thin-filament binding proteins: caldesmon with tropomyosin in colonic smooth muscle. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2010;299(5):G1164–76.

Bloom DA, Jaiswal AK. Phosphorylation of Nrf2 at Ser40 by protein kinase C in response to antioxidants leads to the release of Nrf2 from INrf2, but is not required for Nrf2 stabilization/accumulation in the nucleus and transcriptional activation of antioxidant response element-mediated NAD(P)H:quinone oxidoreductase-1 gene expression. J Biol Chem. 2003;278(45):44675–82.

Kang MI, Kobayashi A, Wakabayashi N, Kim SG, Yamamoto M. Scaffolding of Keap1 to the actin cytoskeleton controls the function of Nrf2 as key regulator of cytoprotective phase 2 genes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(7):2046–51.

Dreiza CM, Brophy CM, Komalavilas P, Furnish EJ, Joshi L, Pallero MA, et al. Transducible heat shock protein 20 (HSP20) phosphopeptide alters cytoskeletal dynamics. FASEB J. 2005;19(2):261–3.

Bao A, Liang L, Li F, Zhang M, Zhou X. Effects of acute ozone exposure on lung peak allergic inflammation of mice. Front Biosci (Landmark Ed). 2013;18:838–51.

Bao A, Li F, Zhang M, Chen Y, Zhang P, Zhou X. Impact of ozone exposure on the response to glucocorticoid in a mouse model of asthma: involvements of p38 MAPK and MKP-1. Respir Res. 2014;15(1):126.

Lee KS, Lee HK, Hayflick JS, Lee YC, Puri KD. Inhibition of phosphoinositide 3-kinase delta attenuates allergic airway inflammation and hyperresponsiveness in murine asthma model. FASEB J. 2006;20(3):455–65.

Bahmed K, Messier EM, Zhou W, Tuder RM, Freed CR, Chu HW, et al. DJ-1 Modulates nuclear erythroid 2-related factor-2-mediated protection in human primary alveolar type II cells in smokers. Am J Respir Cell Mol Biol. 2016;55(3):439–49.

Kuwano K, Nakashima N, Inoshima I, Hagimoto N, Fujita M, Yoshimi M, et al. Oxidative stress in lung epithelial cells from patients with idiopathic interstitial pneumonias. Eur Respir J. 2003;21(2):232–40.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 10

1-15

Thông tin tác giả