Sự phosphoryl hóa của DYNLT1 tại serine 82 điều chỉnh sự ổn định của vi ống và độ thấm của ti thể trong tình trạng thiếu oxy

Elsevier BV - Tập 36 - Trang 322-332 - 2013
Xue Xu1, Qiong Zhang2, Jiong-yu Hu2, Dong-xia Zhang2, Xu-pin Jiang2, jie-zhi Jia2, Jing-ci Zhu1, Yue-sheng Huang2
1School of Nursing, The Third Military Medical University, Chongqing, China
2Institute of Burn Research, State Key Laboratory of Trauma, Burns and Combined Injury, Southwest Hospital, The Third Military Medical University, Chongqing, China

Tóm tắt

Sự phá vỡ vi ống do thiếu oxy và sự chuyển trạng thái thẩm thấu của ti thể (mPT) là những sự kiện quan trọng dẫn đến tổn thương tế bào nghiêm trọng, và các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng vi ống (MTs) có liên quan đến việc điều chỉnh chức năng của ti thể. Chuỗi nhẹ dynein Tctex-type 1 (DYNLT1) được cho là có liên quan đến MTs và ti thể. Trước đây, chúng tôi đã chứng minh rằng việc knockdown DYNLT1 làm tăng cường độ thẩm thấu của ti thể do thiếu oxy, điều này chỉ ra vai trò của DYNLT1 trong bảo vệ tế bào khỏi thiếu oxy. Tuy nhiên, cơ chế điều chỉnh tiềm ẩn của DYNLT1 vẫn chưa rõ ràng. Tại đây, chúng tôi nhằm mục đích nghiên cứu sự biến đổi phosphoryl hóa của DYNLT1 tại serine 82 (S82) trong điều kiện thiếu oxy (1% O2). Do đó, chúng tôi đã xây dựng các adenovirus tái tổ hợp để tạo ra các đột biến S82E và S82A, được sử dụng để chuyển gen vào các dòng tế bào H9c2 và HeLa. Sự phát triển của mPT do thiếu oxy (kiểm tra MMP, giải phóng Cyt c và test mở lỗ mPT), trao đổi chất năng lượng trong tình trạng thiếu oxy (khả năng sống của tế bào và định lượng ATP), và độ ổn định của MTs đã được kiểm tra. Kết quả của chúng tôi cho thấy sự biểu hiện của phosphoryl-S82 (S82-P) tăng lên trong giai đoạn sớm của tình trạng thiếu oxy; đột biến S82E (phosphomimic) làm trầm trọng thêm tổn thương ti thể, tăng mức tubulin tự do trong bào tương và giảm khả năng sống của tế bào; đột biến S82A (dephosphomimic) dường như làm giảm tổn thương do thiếu oxy. Những dữ liệu này gợi ý rằng sự phosphoryl hóa DYNLT1 tại S82 tham gia vào việc điều chỉnh MTs và ti thể, và sự tương tác cũng như hợp tác của chúng góp phần vào khả năng dung nạp thiếu oxy của tế bào. Do đó, chúng tôi cung cấp những hiểu biết mới về cơ chế DYNLT1 trong việc ổn định MTs và ti thể, và đề xuất một mục tiêu điều trị tiềm năng cho các nghiên cứu bảo vệ tế bào trong tình trạng thiếu oxy.

Từ khóa

#DYNLT1 #phosphoryl hóa #vi ống #ti thể #thiếu oxy #tổn thương tế bào

Tài liệu tham khảo

Al Rahim, M., Thatipamula, S., and Hossain, M.A. (2013). Critical role of neuronal pentraxin 1 in mitochondria-mediated hypoxicischemic neuronal injury. Neurobiol. Dis. 50, 59–68. Belmont, L.D., and Mitchison, T.J. (1996). Identification of a protein that interacts with tubulin dimers and increases the catastrophe rate of microtubules. Cell 84, 623–631. Brito, D.A., and Rieder, C.L. (2009). The ability to survive mitosis in the presence of microtubule poisons differs significantly between human nontransformed (RPE-1) and cancer (U2OS, HeLa) cells. Cell Motil. Cytoskel. 66, 437–447. Cassimeris, L. (1999). Accessory protein regulation of microtubule dynamics throughout the cell cycle. Curr. Opin. Cell Biol. 11, 134–141. Chuang, J.Z., Milner, T.A., and Sung, C.H. (2001). Subunit heterogeneity of cytoplasmic dynein: differential expression of 14 kDa dynein light chains in rat hippocampus. J. Neurosci. 21, 5501–5512. Chuang, J.Z., Yeh, T.Y., Bollati, F., Conde, C., Canavosio, F., Caceres, A., and Sung, C.H. (2005). The dynein light chain Tctex-1 has a dynein-independent role in actin remodeling during neurite outgrowth. Dev. Cell 9, 75–86. Fang, Y.D., Xu, X., Dang, Y.M., Zhang, Y.M., Zhang, J.P., Hu, J.Y., Zhang, Q., Dai, X., Teng, M., Zhang, D.X., et al. (2011). MAP4 mechanism that stabilizes mitochondrial permeability transition in hypoxia: microtubule enhancement and DYNLT1 interaction with VDAC1. PLoS One 6, e28052. Feng, P., Liang, C., Shin, Y.C., Xiaofei, E., Zhang, W., Gravel, R., Wu, T.T., Sun, R., Usherwood, E., and Jung, J.U. (2007). A novel inhibitory mechanism of mitochondrion-dependent apoptosis by a herpesviral protein. PLoS Pathog. 3, e174. Frezza, C., Zheng, L., Tennant, D.A., Papkovsky, D.B., Hedley, B.A., Kalna, G., Watson, D.G., and Gottlieb, E. (2011). Metabolic profiling of hypoxic cells revealed a catabolic signature required for cell survival. PLoS One 6, e24411. Hein, S., Scheffold, T., and Schaper, J. (1995). Ischemia induces early changes to cytoskeletal and contractile proteins in diseased human myocardium. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 110, 89–98. Hu, J.Y., Chu, Z.G., Han, J., Dang, Y.M., Yan, H., Zhang, Q., Liang, G.P., and Huang, Y.S. (2010). The p38/MAPK pathway regulates microtubule polymerization through phosphorylation of MAP4 and Op18 in hypoxic cells. Cell Mol. Life Sci. 67, 321–333. Huang, Y.S., Yang, Z.C., Yan, B.G., Yang, J.M., Chen, F.M., Crowther, R.S., and Li, A. (1999). Pathogenesis of early cardiac myocyte damage after severe burns. J. Trauma 46, 428–432. Huang, Y., Li, Z., and Yang, Z. (2003). Roles of ischemia and hypoxia and the molecular pathogenesis of post-burn cardiac shock. Burns 29, 828–833. Kinnally, K.W., Peixoto, P.M., Ryu, S.Y., and Dejean, L.M. (2011a). Is mPTP the gatekeeper for necrosis, apoptosis, or both? Bba-Mol. Cell Res. 1813, 616–622. Kinnally, K.W., Peixoto, P.M., Ryu, S.Y., and Dejean, L.M. (2011b). Is mPTP the gatekeeper for necrosis, apoptosis, or both? Biochim. Biophys. Acta 1813, 616–622. Liang, B., Kong, D., Liu, Y., Liang, N., He, M., Ma, S., and Liu, X. (2012). Autophagy inhibition plays the synergetic killing roles with radiation in the multi-drug resistant SKVCR ovarian cancer cells. Radiat. Oncol. 7, 213. Loos, B., Genade, S., Ellis, B., Lochner, A., and Engelbrecht, A.M. (2011). At the core of survival: autophagy delays the onset of both apoptotic and necrotic cell death in a model of ischemic cell injury. Exp. Cell Res. 317, 1437–1453. Makokha, M., Hare, M., Li, M., Hays, T., and Barbar, E. (2002). Interactions of cytoplasmic dynein light chains Tctex-1 and LC8 with the intermediate chain IC74. Biochemistry 41, 4302–4311. Maldonado, E.N., Patnaik, J., Mullins, M.R., and Lemasters, J.J. (2010). Free tubulin modulates mitochondrial membrane potential in cancer cells. Cancer Res. 70, 10192–10201. McCommis, K.S., and Baines, C.P. (2012). The role of VDAC in cell death: friend or foe? Biochim. Biophys. Acta 1818, 1444–1450. Mok, Y.K., Lo, K.W., and Zhang, M. (2001). Structure of Tctex-1 and its interaction with cytoplasmic dynein intermediate chain. J. Biol. Chem. 276, 14067–14074. Nagano, F., Orita, S., Sasaki, T., Naito, A., Sakaguchi, G., Maeda, M., Watanabe, T., Kominami, E., Uchiyama, Y., and Takai, Y. (1998). Interaction of Doc2 with tctex-1, a light chain of cytoplasmic dynein. Implication in dynein-dependent vesicle transport. J. Biol. Chem. 273, 30065–30068. Palmer, K.J., MacCarthy-Morrogh, L., Smyllie, N., and Stephens, D.J. (2011). A role for Tctex-1 (DYNLT1) in controlling primary cilium length. Eur. J. Cell Biol 90, 865–871. Petronilli, V., Miotto, G., Canton, M., Brini, M., Colonna, R., Bernardi, P., and Di Lisa, F. (1999). Transient and long-lasting openings of the mitochondrial permeability transition pore can be monitored directly in intact cells by changes in mitochondrial calcein fluorescence. Biophys. J. 76, 725–734. Petronilli, V., Penzo, D., Scorrano, L., Bernardi, P., and Di Lisa, F. (2001). The mitochondrial permeability transition, release of cytochrome c and cell death. Correlation with the duration of pore openings in situ. J. Biol. Chem. 276, 12030–12034. Putnam, A.J., Cunningham, J.J., Dennis, R.G., Linderman, J.J., and Mooney, D.J. (1998). Microtubule assembly is regulated by externally applied strain in cultured smooth muscle cells. J. Cell Sci. 111, 3379–3387. Rogers, S.L., and Gelfand, V.I. (2000). Membrane trafficking, organelle transport, and the cytoskeleton. Curr. Opin. Cell Biol. 12, 57–62. Rostovtseva, T.K., and Bezrukov, S.M. (2012). VDAC inhibition by tubulin and its physiological implications. Biochim. Biophys. Acta 1818, 1526–1535. Rusanen, H., Majamaa, K., and Hassinen, I.E. (2000). Increased activities of antioxidant enzymes and decreased ATP concentration in cultured myoblasts with the 3243A—>G mutation in mitochondrial DNA. Biochim. Biophys. Acta 1500, 10–16. Sato, H., Hori, M., Kitakaze, M., Iwai, K., Takashima, S., Kurihara, H., Inoue, M., and Kamada, T. (1993). Reperfusion after brief ischemia disrupts the microtubule network in canine hearts. Circ. Res. 72, 361–375. Scharstuhl, A., Mutsaers, H.A., Pennings, S.W., Russel, F.G., and Wagener, F.A. (2009). Involvement of VDAC, Bax and ceramides in the efflux of AIF from mitochondria during curcumininduced apoptosis. PLoS One 4, e6688. Schwarzer, C., Barnikol-Watanabe, S., Thinnes, F.P., and Hilschmann, N. (2002). Voltage-dependent anion-selective channel (VDAC) interacts with the dynein light chain Tctex 1 and the heat-shock protein PBP74. Int. J. Biochem. Cell Biol. 34, 1059–1070. Seko, Y., Takahashi, M., Tobe, K., Kadowaki, T., and Yazaki, Y. (1997). Hypoxia and hypoxia/reoxygenation activate p65(PAK), p38mi-togen-activated protein kinase (MAPK), and stressactivated protein kinase (SAPK) in cultured rat cardiac myocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 239, 840–844. Sheldon, K.L., Maldonado, E.N., Lemasters, J.J., Rostovtseva, T.K., and Bezrukov, S.M. (2011). Phosphorylation of voltage-dependent anion channel by serine/threonine kinases governs its interaction with tubulin. PLoS One 6, e25539. Song, Y., Benison, G., Nyarko, A., Hays, T.S., and Barbar, E. (2007). Potential role for phosphorylation in differential regulation of the assembly of dynein light chains. J. Biol. Chem. 282, 17272–17279. Song, H.P., Zhang, L., Dang, Y.M., Yan, H., Chu, Z.G., and Huang, Y.S. (2010). The phosphatidylinositol 3-kinase-Akt pathway protects cardiomyocytes from ischaemic and hypoxic apoptosis via mitochondrial function. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 37, 598–604. Stavrovskaya, I.G., and Kristal, B.S. (2005). The powerhouse takes control of the cell: is the mitochondrial permeability transition a viable therapeutic target against neuronal dysfunction and death? Free Radic. Biol. Med. 38, 687–697. Takeuchi, A., Mishina, Y., Miyaishi, O., Kojima, E., Hasegawa, T., and Isobe, K. (2003). Heterozygosity with respect to Zfp148 causes complete loss of fetal germ cells during mouse embryogenesis. Nat. Genet. 33, 172–176. Teng, M., Dang, Y.M., Zhang, J.P., Zhang, Q., Fang, Y.D., Ren, J., and Huang, Y.S. (2010). Microtubular stability affects cardiomyocyte glycolysis by HIF-1alpha expression and endonuclear aggregation during early stages of hypoxia. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 298, H1919–1931. Tong, D.L., Zhang, D.X., Xiang, F., Teng, M., Jiang, X.P., Hou, J.M., Zhang, Q., and Huang, Y.S. (2012). Nicotinamide pretreatment protects cardiomyocytes against hypoxia-induced cell death by improving mitochondrial stress. Pharmacology 90, 11–18. Vandroux, D., Schaeffer, C., Tissier, C., Lalande, A., Bes, S., Rochette, L., and Athias, P. (2004). Microtubule alteration is an early cellular reaction to the metabolic challenge in ischemic cardiomyocytes. Mol. Cell. Biochem. 258, 99–108. Wan, X., O’Quinn, R.P., Pierce, H.L., Joglekar, A.P., Gall, W.E., DeLuca, J.G., Carroll, C.W., Liu, S.T., Yen, T.J., McEwen, B.F., et al. (2009). Protein architecture of the human kinetochore microtubule attachment site. Cell 137, 672–684. Wang, G., Zhang, B.Q., Ruan, J., Luo, Z.H., Zhang, J.P., Xiao, R., Lei, Z.Y., Hu, J.Y., Chen, Y.S., and Huang, Y.S. (2012). Shaking stress aggravates burn-induced cardiovascular and renal disturbances in a rabbit model. Burns 39, 760–766. Williams, J.C., Xie, H., and Hendrickson, W.A. (2005). Crystal structure of dynein light chain TcTex-1. J. Biol. Chem. 280, 21981–21986. Yeh, T.Y., Peretti, D., Chuang, J.Z., Rodriguez-Boulan, E., and Sung, C.H. (2006). Regulatory dissociation of Tctex-1 light chain from dynein complex is essential for the apical delivery of rhodopsin. Traffic 7, 1495–1502. Zang, Q., Maass, D.L., Tsai, S.J., and Horton, J.W. (2007). Cardiac mitochondrial damage and inflammation responses in sepsis. Surg. Infect. 8, 41–54. Zhdanov, A.V., Dmitriev, R.I., and Papkovsky, D.B. (2011). Bafilomycin A1 activates respiration of neuronal cells via uncoupling associated with flickering depolarization of mitochondria. Cell. Mol. Life Sci. 68, 903–917.