hZip1 (hSLC39A1) điều chỉnh cân bằng kẽm trong các tế bào biểu mô ruột

Genes and Nutrition - Tập 8 - Trang 475-486 - 2013
Agnes A. Michalczyk1, M. Leigh Ackland1
1Centre for Cellular and Molecular Biology, School of Life and Environmental Sciences, Deakin University, Melbourne, Australia

Tóm tắt

Kẽm là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cần thiết cho quá trình xúc tác của enzyme, điều hòa gen và chuyển tín hiệu. Sự hấp thụ kẽm diễn ra trong ruột non; tuy nhiên, cơ chế mà qua đó các tế bào tích tụ kẽm vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng. Zip1 (SLC39A1) được dự đoán là một protein qua màng tế bào và được giả thuyết là, nhưng chưa được chứng minh conclusively, có vai trò trong việc trung gian dòng kẽm vào các tế bào ruột. Mục tiêu của nghiên cứu này là điều tra vai trò của hZip1 trong việc trung gian hấp thu kẽm ở các tế bào biểu mô ruột của người. Cả mRNA và protein hZip1 đều được phát hiện trong mô ruột người. Trong các tế bào ruột Caco-2 chưa phân hóa, hZip1 được định vị một phần tại lưới nội chất. Ngược lại, trong các tế bào Caco-2 đã phân hóa được nuôi cấy trong ma trận ngoại bào, protein hZip1 nằm gần miền vi nhung mao ngọn. Việc thiếu sự liên kết của kháng thể bề mặt và nội hóa cho thấy rằng hZip1 không có mặt trên màng plasma. Các nghiên cứu chức năng nhằm xác định vai trò của hZip1 trong việc tích tụ kẽm tế bào đã được thực hiện bằng cách sử dụng 65Zn. Trong các tế bào Caco-2 mang cấu trúc tối ưu hóa hZip1, sự tích tụ kẽm tế bào được gia tăng so với nhóm đối chứng. Ngược lại, các tế bào Caco-2 với cấu trúc siRNA hZip1 cho thấy sự giảm tích tụ kẽm. Tóm lại, chúng tôi cho thấy rằng sự phân hóa của tế bào Caco-2 thúc đẩy việc định hướng của hZip1 đến một khu vực gần miền ngọn. Khi không có hZip1 tại màng plasma ngọn, chúng tôi đề xuất rằng hZip1 có thể hoạt động như một cảm biến trong tế bào để điều chỉnh cân bằng kẽm trong các tế bào ruột của người.

Từ khóa

#kẽm #protein hZip1 #tế bào Caco-2 #cân bằng kẽm #tế bào biểu mô ruột

Tài liệu tham khảo

Ackland ML, McArdle HJ (1990) Significance of extracellular zinc-binding ligands in the uptake of zinc by human fibroblasts. J Cell Physiol 145(3):409–413 Ackland ML, McArdle HJ (1996) Cation-dependent uptake of zinc in human fibroblasts. Biometals 9:29–37 Ackland M, Michalczyk A (2006) Zinc deficiency and its inherited disorders: a review. Genes Nutr 1:41–50 Ackland ML, van de Waarsenburg S, Jones R (2005) Synergistic antiproliferative action of the flavonols quercetin and kaempferol in cultured human cancer cell lines. In Vivo 19(1):69–76 Acquaviva F, De Biase I, Nezi L, Ruggiero G, Tatangelo F, Pisano C, Monticelli A, Garbi C, Acquaviva AM, Cocozza S (2005) Extra-mitochondrial localisation of frataxin and its association with IscU1 during enterocyte-like differentiation of the human colon adenocarcinoma cell line Caco-2. J Cell Sci 118(Pt 17):3917–3924 Bird AJ, Zhao H, Luo H, Jensen LT, Srinivasan C, Evans-Galea M, Winge DR, Eide DJ (2000) A dual role for zinc fingers in both DNA binding and zinc sensing by the Zap1 transcriptional activator. EMBO J 19(14):3704–3713 Cragg RA, Phillips SR, Piper JM, Varma JS, Campbell FC, Mathers JC, Ford D (2005) Homeostatic regulation of zinc transporters in the human small intestine by dietary zinc supplementation. Gut 54(4):469–478 Dufner-Beattie J, Langmade SJ, Wang F, Eide D, Andrews GK (2003) Structure, function, and regulation of a subfamily of mouse zinc transporter genes. J Biol Chem 278(50):50142–50150 Dufner-Beattie J, Huang ZL, Geiser J, Xu W, Andrews GK (2006) Mouse ZIP1 and ZIP3 genes together are essential for adaptation to dietary zinc deficiency during pregnancy. Genesis 44(5):239–251 Franklin RB, Ma J, Zou J, Guan Z, Kukoyi BI, Feng P, Costello LC (2003) Human ZIP1 is a major zinc uptake transporter for the accumulation of zinc in prostate cells. J Inorg Biochem 96(2–3):435–442 Gaither LA, Eide DJ (2001) The human ZIP1 transporter mediates zinc uptake in human K562 erythroleukemia cells. J Biol Chem 276(25):22258–22264 Gore A, Moran A, Hershfinkel M, Sekler I (2004) Inhibitory mechanism of store-operated Ca2 + channels by zinc. J Biol Chem 279(12):11106–11111 Gunshin H, Mackenzie B, Berger UV, Gunshin Y, Romero MF, Boron WF, Nussberger S, Gollan JL, Hediger MA (1997) Cloning and characterization of a mammalian proton-coupled metal-ion transporter. Nature 388(6641):482–488 Gurusamy KS, Farooqui N, Loizidou M, Dijk S, Taanman JW, Whiting S, Farquharson MJ, Fuller BJ, Davidson BR (2011) Influence of zinc and zinc chelator on HT-29 colorectal cell line. Biometals 24(1):143–151 Halbleib JM, Saaf AM, Brown PO, Nelson WJ (2007) Transcriptional modulation of genes encoding structural characteristics of differentiating enterocytes during development of a polarized epithelium in vitro. Mol Biol Cell 18(11):4261–4278 Hershfinkel M, Moran A, Grossman N, Sekler I (2001) A zinc-sensing receptor triggers the release of intracellular Ca2+ and regulates ion transport. Proc Natl Acad Sci USA 98(20):11749–11754 Huang L, Kirschke CP (2007) A di-leucine sorting signal in ZIP1 (SLC39A1) mediates endocytosis of the protein. FEBS J 274(15):3986–3997 Huang ZL, Dufner-Beattie J, Andrews GK (2006) Expression and regulation of SLC39A family zinc transporters in the developing mouse intestine. Dev Biol 295(2):571–579 Jou MY, Hall AG, Philipps AF, Kelleher SL, Lonnerdal B (2009) Tissue-specific alterations in zinc transporter expression in intestine and liver reflect a threshold for homeostatic compensation during dietary zinc deficiency in weanling rats. J Nutr 139(5):835–841 Kambe T, Geiser J, Lahner B, Salt DE, Andrews GK (2008) Slc39a1 to 3 (subfamily II) Zip genes in mice have unique cell-specific functions during adaptation to zinc deficiency. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 294(5):R1474–R1481 Khadeer MA, Sahu SN, Bai G, Abdulla S, Gupta A (2005) Expression of the zinc transporter ZIP1 in osteoclasts. Bone 37(3):296–304 Kury S, Dreno B, Bezieau S, Giraudet S, Kharfi M, Kamoun R, Moisan J-P (2002) Identification of SLC39A4, a gene involved in acrodermatitis enteropathica. Nat Genet 31(3):239–240 Lioumi M, Ferguson CA, Sharpe PT, Freeman T, Marenholz I, Mischke D, Heizmann C, Ragoussis J (1999) Isolation and characterization of human and mouse ZIRTL, a member of the IRT1 family of transporters, mapping within the epidermal differentiation complex. Genomics 62(2):272–280 Lu M, Fu D (2007) Structure of the zinc transporter YiiP. Science 317(5845):1746–1748 Maret W (2001) Crosstalk of the group IIa and IIb metals calcium and zinc in cellular signaling. Proc Natl Acad Sci USA 98(22):12325–12327 Maret W (2011) Metals on the move: zinc ions in cellular regulation and in the coordination dynamics of zinc proteins. Biometals 24:411–418 Michalczyk A, Allen JG, Blomeley RC, Ackland ML (2002) Constitutive expression of hZnT4 zinc transporter in human breast epithelial cells. Biochem J 364(Pt 1):105–113 Michalczyk A, Varigos G, Catto Smith A, Blomeley R, Ackland L (2003) Analysis of zinc transporter, hZnT4 (Slc30A4) gene expression in a mammary gland disorder leading to reduced zinc secretion into milk. Hum Genet 113:202–210 Milon B, Dhermy D, Pountney D, Bourgeois M, Beaumont C (2001) Differential subcellular localization of hZip1 in adherent and non-adherent cells. FEBS Lett 507(3):241–246 Milon B, Wu Q, Zou J, Costello LC, Franklin RB (2006) Histidine residues in the region between transmembrane domains III and IV of hZip1 are required for zinc transport across the plasma membrane in PC-3 cells. Biochim Biophys Acta 1758(10):1696–1701 Murgia C, Vespignani I, Cerase J, Nobili F, Perozzi G (1999) Cloning, expression, and vesicular localization of zinc transporter Dri 27/ZnT4 in intestinal tissue and cells. Am J Physiol 277(6 Pt 1):G1231–G1239 Nies DH (2007) Biochemistry. How cells control zinc homeostasis. Science 317(5845):1695–1696 Ohana E, Segal D, Palty R, Ton-That D, Moran A, Sensi SL, Weiss JH, Hershfinkel M, Sekler I (2004) A sodium zinc exchange mechanism is mediating extrusion of zinc in mammalian cells. J Biol Chem 279(6):4278–4284 Palmiter RD, Cole TB, Findley SD (1996a) ZnT-2, a mammalian protein that confers resistance to zinc by facilitating vesicular sequestration. EMBO J 15(8):1784–1791 issn: 0261-4189 Palmiter RD, Cole TB, Quaife CJ, Findley SD (1996b) ZnT-3, a putative transporter of zinc into synaptic vesicles. Proc Natl Acad Sci USA 93(25):14934–14939 Saaf AM, Halbleib JM, Chen X, Yuen ST, Leung SY, Nelson WJ, Brown PO (2007) Parallels between global transcriptional programs of polarizing Caco-2 intestinal epithelial cells in vitro and gene expression programs in normal colon and colon cancer. Mol Biol Cell 18(11):4245–4260 Schock F, Perrimon N (2002) Molecular mechanisms of epithelial morphogenesis. Annu Rev Cell Dev Biol 18:463–493 Schreider C, Peignon G, Thenet S, Chambaz J, Pincon-Raymond M (2002) Integrin-mediated functional polarization of Caco-2 cells through E-cadherin–actin complexes. J Cell Sci 115(Pt 3):543–552 Shen H, Qin H, Guo J (2008) Cooperation of metallothionein and zinc transporters for regulating zinc homeostasis in human intestinal Caco-2 cells. Nutr Res 28(6):406–413 Tang Z, Sahu SN, Khadeer MA, Bai G, Franklin RB, Gupta A (2006) Overexpression of the ZIP1 zinc transporter induces an osteogenic phenotype in mesenchymal stem cells. Bone 38(2):181–198 Wang K, Zhou B, Kuo Y-M, Zemansky J, Gitschier J (2002) A novel member of a zinc transporter family is defective in acrodermatitis enteropathica. Am J Hum Genet 71(1):66–73 Wang F, Dufner-Beattie J, Kim BE, Petris MJ, Andrews G, Eide DJ (2004) Zinc-stimulated endocytosis controls activity of the mouse ZIP1 and ZIP3 zinc uptake transporters. J Biol Chem 279(23):24631–24639 Wilson D, Varigos G, Ackland ML (2006) Apoptosis may underlie the pathology of zinc-deficient skin. Immunol Cell Biol 84(1):28–37 Yamaji S, Tennant J, Tandy S, Williams M, Singh Srai SK, Sharp P (2001) Zinc regulates the function and expression of the iron transporters DMT1 and IREG1 in human intestinal Caco-2 cell. FEBS Lett 507(2):137–141 Zemann N, Zemann A, Klein P, Elmadfa I, Huettinger M (2010) Differentiation- and polarization-dependent zinc tolerance in Caco-2 cells. Eur J Nutr 50(5):379–386