Μελέτη μεταγωγής σήματος από φυσιολογικούς και πολυμορφικούς α2-αδρενεργικούς υποδοχείς

Abstract

The three cloned and characterized human α2-adrenoceptor (α2-AR) subtypes are cell membrane receptors of the endogenous catecholamines epinephrine and nor-epinephrine. They differ in their chromosomal localization, tissue distribution, regulation, pharmacological properties and physiological effects. All three are have been found to be polymorphic in their third intracellular loops, which has functional consequences for these receptors. In previous studies, we have shown that the α2-ARs induce morphological and molecular neuronal differentiation of rat pheochromocytoma (PC12) cells, stably transfected with these subtypes, similarly to NGF and in a subtype-specific manner, with order of potency α2A< α2C< α2B. In the present studies, we found that stimulation of all three α2-ARs in PC12 cells induces the activation of a number of effector molecules, including p42/p44 MAPK, PI-3K/Akt pathway, AP-1, NF-κB and p21waf1, the latter two in a subtype-specific manner. The subtype-specific activation of some of these signal transduction pathways may underlie the observed subtype-specific morphological differentiation induced by these subtypes. Altogether, these results suggest that α2-ARs may exert neurotrophic effects in vivo. The characterized polymorphism of the human α2B-AR, consisting of a deletion of Glu301-303 in its third intracellular loop was found in the present studies to result in severely impaired agonist-promoted receptor phosphorylation and desensitization in PC12 cells. This may have significant consequences for the subtype’s functions in PC12 cells, as well as may provide a mechanism by which this polymorphism contributes to some pathological conditions in vivo, which it has already been genetically associated with, such as decreased BMR in some obese populations and acute coronary events. Finally, cAMP down-regulates α2C-AR gene expression in HepG2 cells, which express this subtype endogenously. We have found that this down-regulation is conferred by decreased gene transcription, mediated by as yet unidentified nuclear proteins that bind to the -21076/-21037 region of the α2C-AR gene promoter in response to cAMP activation.

Οι τρεις κλωνοποιημένοι και χαρακτηρισμένοι υπότυποι του α2-αδρενεργικού υποδοχέα (α2-AR) είναι μεμβρανικοί υποδοχείς των ενδογενών κατεχολαμινών επινεφρίνης και νορ-επινεφρίνης. Διαφέρουν στη χρωμοσωμική τους εντόπιση, στην ιστική κατανομή, στη ρύθμιση, στις φαρμακολογικές ιδιότητες και στις φυσιολογικές τους δράσεις. Και οι τρεις είναι πολυμορφικοί στην τρίτη ενδοκυττάρια αγκύλη τους, πράγμα που έχει λειτουργικές συνέπειες για τους υποδοχείς αυτούς. Σε προηγούμενες μελέτες δείξαμε ότι οι τρεις α2 υπότυποι επάγουν τη μορφολογική και μοριακή νευρωνική διαφοροποίηση των PC12 κυττάρων, παρόμοια με τον NGF και με υπότυπο-ειδικό τρόπο, και συγκεκριμένα με τάξη ισχύος α2A< α2C< α2B. Στην παρούσα εργασία βρήκαμε ότι επάγουν μια σειρά από επιτελεστικά μόρια στα κύτταρα PC12, μεταξύ των οποίων τις p42/p44 MAPK, το μονοπάτι των PI-3K/Akt, τον AP-1, τον NF-κB και την p21waf1, τα δυο τελευταία με υπότυπο-ειδικό τρόπο. Αυτή η υπότυπο-ειδική ενεργοποίηση μερικών από αυτά τα μονοπάτια μεταγωγής σήματος ίσως ευθύνεται για την παρατηρούμενη υπότυπο-ειδική νευρωνική διαφοροποίηση των PC12 κυττάρων που επάγουν αυτοί οι α2 υπότυποι. Συνολικά, τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι οι α2 υποδοχείς ίσως ασκούν νευροτροφικές δράσεις in vivo. Ο χαρακτηρισμένος πολυμορφισμός του ανθρώπινου α2B υποδοχέα που συνίσταται σε περικοπή των Glu301-303 στην τρίτη ενδοκυττάρια αγκύλη του βρέθηκε στην παρούσα εργασία να οδηγεί σε σημαντική διαταραχή της επαγόμενης από αγωνιστή φωσφορυλίωσης και απευαισθητοποίησης του υποδοχέα στα κύτταρα PC12. Αυτό ίσως έχει σημαντικές συνέπειες για τις λειτουργίες του υποδοχέα στα κύτταρα αυτά και επίσης ενδεχομένως παρέχει ένα μηχανισμό με τον οποίον ο πολυμορφισμός αυτός συνεισφέρει στις παθολογικές καταστάσεις με τις οποίες έχει ήδη συσχετιστεί γενετικά, όπως χαμηλό βασικό μεταβολικό ρυθμό σε μερικούς πληθυσμούς παχύσαρκων και ανάπτυξη οξέων στεφανιαίων επεισοδίων. Τέλος, το cAMP ελαττώνει την έκφραση του γονιδίου του α2C υποτύπου στα κύτταρα HepG2, τα οποία τον εκφράζουν ενδογενώς. Στην παρούσα εργασία βρήκαμε ότι αυτή η ελάττωση προκαλείται από ελάττωση της μεταγραφής του γονιδίου, μέσω σύνδεσης πυρηνικών πρωτεϊνών που δεν έχουν ταυτοποιηθεί ακόμα στην περιοχή -21076/-21037 του υποκινητή του γονιδίου του α2C υποτύπου, εις απόκριση στην διέγερση του cAMP.