Μελέτη νέων λειτουργιών της ταλίνης στη φυσιολογία και την παθοφυσιολογία του ενδοθηλίου

Abstract

Cell adhesion to the extracellular matrix is central to all essential cellular functions, including cell-migration and signalling. Cell-matrix adhesion is mediated by a dynamic network of cytoskeletal and signalling proteins organised around integrin transmembrane receptors, called adhesome. A main component of adhesome is talin. Talin plays a pivotal role in the function of blood vessels, since talin deletion from endothelial cells leads to embryonic lethality. The main aim of this study is to decipher the molecular mechanism that regulates cell-matrix adhesions, focusing on the role of talin in the physiology and pathophysiology of the endothelium. Studying the effect of talin deletion from endothelial cells with well-established tensional dynamics, we demonstrated the central function of talin for endothelial mechanosensing. Our studies revealed for the first time that the talin-head and the talin rod, through interactions with other adhesome proteins, including paxillin, tensin and Kank, are sufficient to maintain the mechanical stability of endothelial cells. Using proteomics, we analysed the protein composition of endothelial adhesome and provided evidence that talin is a key regulator of the adhesome network. Moreover, the proteomic analysis of talin deleted endothelial cells revealed a novel role for talin in cell metabolism. In order to identify new endothelial adhesome components, we performed proteomic analysis of isolated cell-matrix adhesions from primary mouse ECs and we discovered caprin-1, an RNA-binding protein, to be a new adhesome member with a talin-dependent localisation at cell-matrix adhesions. Finally, we demonstrated that talin maintains the stability of endothelial cell-cell junctions and we identified the molecular mechanism of systemic capillary leak syndrome, a rare disease characterised by vascular leakage, thus, providing possible therapeutic targets. Overall, this study has enhanced the scientific knowledge about the function of blood vessels and contributed to the understanding of the molecular mechanisms that contribute to dysfunctional endothelium and a multitude of pathological conditions.

Απαραίτητη προϋπόθεση για την ομαλή λειτουργία των ενδοθηλιακών κυττάρων κατά την αγγειογένεση αλλά και στην ομοιοστασία των αγγείων αποτελεί η ρύθμιση των θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης στην εξωκυττάρια μήτρα. Η δημιουργία και η αναδιοργάνωση των θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης γίνεται μέσω ενός συμπλόκου δομικών και σηματοδοτικών πρωτεϊνών, που οργανώνεται μέσω των ιντεγκρινών διαμεμβρανικών πρωτεϊνών, και ονομάζεται «συνδεόσωμα». Κύρια πρωτεΐνη του συνδεοσώματος αποτελεί η talin, η οποία παίζει καθοριστικό ρολό στην λειτουργία των αγγείων καθώς η έλλειψη της από τα ενδοθηλιακά κύτταρα οδηγεί σε πρώιμο εμβρυικό θάνατο. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η κατανόηση των μοριακών μηχανισμών που ρυθμίζουν τις θέσεις κυτταρικής προσκόλλησης, εστιάζοντας στη διαλεύκανση της λειτουργίας της talin στη φυσιολογία και παθοφυσιολογία του ενδοθηλίου. Μελετώντας το ρόλο της talin σε σταθερά προσκολλημένα κύτταρα αναδείχθηκε η καθοριστική της σημασία στην μηχανική κυτταρική απόκριση των ενδοθηλιακών κυττάρων. Συγκεκριμένα δείξαμε ότι δυο υπο-περιοχές της talin πρωτεΐνης, η περιοχή της κεφαλής (talin head) και η περιοχής της ράβδου (talin rod) μεμονωμένα μπορούν να αλληλεπιδρούν με άλλες πρωτεΐνες του συνδεοσώματος, όπως η paxillin, η tensin και η Kank και να ρυθμίζουν την μεταγωγή των δυνάμεων, τη σταθεροποίηση των θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης και τη διατήρηση της μορφολογίας των ενδοθηλιακών κυττάρων. Επιπλέον, με τη χρήση της τεχνικής της πρωτεομικής ανάλυσης μελετήσαμε την οργάνωση του ενδοθηλιακού συνδεοσώματος. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν την talin ως κύριο ρυθμιστή των θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης αφού η γενετική εξάλειψη της talin μειώνει την έκφραση όλων των πρωτεϊνών του συνδεοσώματος. Πολύ σημαντικό εύρημα είναι ο νέος ρόλος της talin σε μεταβολικά μονοπάτια, όπως της γλυκόλυσης. Επιπρόσθετα πρωτεομικές μελέτες απομονωμένων θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης, αποκάλυψαν νέα μέλη του συνδεοσώματος στα ενδοθηλιακά κύτταρα. Πιο συγκεκριμένα βρέθηκε η caprin-1, μια πρωτεΐνη που δεσμεύει RNA, να εντοπίζεται στις θέσεις κυτταρικής προσκόλλησης και να είναι εξαρτώμενη από την talin. Τέλος, δείξαμε πως η talin επηρεάζει την ακεραιότητα των διακυτταρικών συνδέσεων των ενδοθηλιακών κυττάρων, και αποσαφηνίσαμε τον μοριακό μηχανισμό για το σύνδρομο συστηματικής τριχοειδούς διαρροής , μια σπάνια νόσο που έχει σαν χαρακτηριστικό την αγγειακή διαρροή, με απώτερο σκοπό την εφαρμογή νέων θεραπευτικών στόχων. Συνολικά η παρούσα διδακτορική διατριβή ενίσχυσε την επιστημονική γνώση για τη φυσιολογική λειτουργία των αγγείων και συνέβαλλε στην κατανόηση των μηχανισμών παθοφυσιολογίας του ενδοθηλίου που εμπλέκεται σε πληθώρα παθολογικών καταστάσεων.