Regulación de la autofagia por el receptor del inositol trisfosfato (IP3R)

Abstract

La macroautofagia, comúnmente referida como “autofagia” es la principal vía de degradación de proteínas, organelos y material citoplasmático, permitiendo de este modo el reciclaje del material intracelular. Este proceso consiste en el englobamiento de fracciones citosólicas por una estructura multimembranar llamada “autofagosoma”, el cual posteriormente se fusiona con el lisosoma para formar el “autofagolisosoma”. Luego el material comprendido en el autofagolisosoma es degradado por enzimas hidrolíticas. Un estudio mostró que la inhibición de la enzima inositolmonofosfatasa (IMPasa) usando litio y L690.330, inducía una disminución de los niveles basales del IP3 y en consecuencia la generación de autofagia. Nuestros resultados confirmaron estos datos previos, demostrando que el pre tratamiento con mio-inositol revierte la autofagia inducida por litio y L-690.330. Además se demuestra que el pre tratamiento con mio-inositol también revertía la autofagia inducida por privación de nutrientes. IP3 es ligando de su receptor de IP3 (IP3R), el cual es el principal canal de Ca2+ a nivel del retículo endoplásmico. El principal objetivo de esta tesis es evaluar el rol del IP3R en la regulación de la autofagia. Los resultados mostraron que la disminución de los niveles proteicos del IP3R usando siRNA específicos, así como el tratamiento con antagonistas químicos del IP3R, tales como xestosponginas B y C, estimulaban significativamente el aumento en los niveles de autofagia. Además, xestospongina B, así como también la privación de nutrientes, indujo una pérdida en la interacción entre Bcl-2 y Beclin-1, los cuales interactúan en condiciones basales. El tratamiento con xestospongina B no perturbó los niveles de Ca2+, tanto en retículo endoplásmico como en el citosol, concluyendo que la autofagia inducida por xestospongina B es independiente de una fluctuación del Ca2+. Los experimentos de inmunoprecipitación mostraron que Beclin-1 (regulador clave en la inducción de la autofagia) interactúa tanto con IP3R así como con Bcl-2 en condiciones basales, y la interacción de este complejo es atenuado bajo condiciones de privación de nutrientes o por tratamiento con ABT737, el cual es un mimetizador de dominios BH3. Este resultado sugiere la presencia de un complejo proteico en la regulación de la autofagia. El papel del retículo endoplásmico en el desarrollo de la autofagia toma gran significancia debido al reclutamiento de proteínas clave (IP3R, Beclin-1 and Bcl-2). La relación entre autofagia y estrés de retículo no es clara y por lo tanto se evaluó el efecto de agentes inductores de estrés de retículo en la inducción de la autofagia. Los resultados mostraron que tunicamicina, tapsigargina y brefeldina-A (agentes inductores de estrés de retículo) activaron el UPR (respuesta a proteínas mal plegadas) e indujeron autofagia. La disminución de los niveles de proteínas claves en el desarrollo de la autofagia (Atg5, Atg10, Atg12, Vps34 y Beclin-1) usando específicos RNAs interferentes atenuaron la autofagia inducida por agentes inductores de estrés de retículo y xestospongina B. Además, la sobreexpresión de Bcl-2 y Bcl-XL con destinación a retículo endoplásmico atenuó la autofagia inducida por xestospongina B e inhibidores de la IMPasa. Esta tesis muestra novedosos resultados, los cuales dan cuenta de un complejo proteico IP3R/Beclin-1/Bcl-2 en la regulación de la autofagia.

Macroautophagy (herein referred to as “autophagy”) is the major catabolic pathway for entire organelles, long-lived/ aberrant proteins and superfluous portions of the cytosol. It consists of the stepwise engulfment of substrate elements into distinctive multimembraned “autophagosomes”, which after fusion with lysosomes form singlemembraned autophagolysosomes. Into the autophagolysosome, the engulfed material is degradated by lisosomal hidrolytic enzymes, leading the recyclage of intracellular material. A study has suggested that myo-inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) could regulate autophagy because inhibition of inositol monophosphatase (IMPasa) by lithium or L-690.330 stimulates autophagy through the depletion of IP3. Our results have confirmed that the reduction of intracellular IP3 levels by IMPasa inhibitors (lithium and L.690.330) stimulates autophagy, whereas the enhancement of IP3 levels by pre treatment whit mio-inositol inhibits the lithium and L.690.330 effect. Moreover we have demostred that autophagy induced by nutrient privation was also inhibited by treatment with mio-inositol, but the effect of nutrient privation in the intracellular IP3 basal levels was not evaluated. IP3 acts on the IP3 receptor (IP3R), an IP3‑activated Ca2+ channel of the endoplasmic reticulum membrane and consequently we wanted to evaluate de roll of IP3R in the regulation of autophagy. The results obtained in this thesis show that knockdown of the IP3 receptor (IP3R) with specifics small interfering RNAs and pharmacological IP3R antagonist (xestospongin B and C) are a strong stimulus for the induction of autophagy, in addition, xestospongin B (like nutrient starvation) induced loss in the interaction between Beclin-1 and Bcl-2. Moreover, the autophagy promoted by xestospongin B not produced alterations in the steady-state Ca2+ levels in the ER or in the cytosol, therefore the autophagy induced by xestospongin B was Ca2+-independent. Immunoprecipitation assays shown that Beclin- 1 (key protein in the regulation of autophagy) interacts with IP3R and Bcl-2 in basal conditions, and this interaction may be attenuated both by nutrient starvation or ABT737 treatment, which is a mimetic compound of BH3. These results suggest the presence of a protein complex in the regulation of autophagy. The treatment whit ER stressors such as tunicamycin, thapsigargin and brepheldine A induced Unfolded Protein Responses (UPR) and autophagy. The autophagy induced by these agents showed to be IRE1α dependent, but the inhibition of autophagy showed an increase in the cell death, indicating a pro survival function of the autophagy upon endoplasmic reticumum stress conditions. The autophagy induced by treatment with xestospongin B and ER stressors was inhibited by knockdown of Atg5, Atg10, Atg12, Vps34 and Beclin-1, which are keys proteins in the autophagic process. We have also evaluated the roll of Bcl-2 and Bcl-XL in the inhibition of autophgy, and the results showed that Autophagy triggered by IMPasa inhibitors and xestospongin B was inhibited by Bcl-2 and Bcl-XL over expression specifically targeted to ER but not Bcl-2 or Bcl-XL proteins targeted to mitocondria. Altogether, these results suggest that IP3R form a regulator complex with Bcl-2 and Beclin-1, which exerts a major role in the physiological control of autophagy