Abstract

Introducere: rolurile de succinat dincolo de metabolism

Prin urmare, funcțiile succinate pot fi clasificate ca fiind metabolice sau nemetabolice. În mitocondrii, succinatul joacă un rol crucial în metabolism și funcționează atât pe căile anabolice, cât și pe cele catabolice.32 Mitocondriile sunt sursa fiziologică pentru succinat, dar succinatul acumulat poate fi transportat în citosol prin translocatorul de acid dicarboxilic din membrana interioară mitocondrială și tensiunea. -canal anionic dependent în membrana exterioară (Figura 1) .6 În citosol, succinatul joacă roluri de reglare dincolo de metabolismul primar. Nivelurile crescute de succinat citosolic pot promova modificări post-translaționale ale proteinelor prin adăugarea de grupe succinil la reziduurile de lizină.98 Un efect remarcabil al succinilatiilor este modificarea încărcăturii nete a proteinelor cu până la două unități de încărcare.98 În plus, succinilarea lizinei este abundentă și induce modificări structurale semnificative în proteine, dar efectele sale funcționale asupra proteinelor și funcțiilor celulare nu au fost încă elucidate.

multiple

Interesant este că succinatul conectează starea metabolică intracelulară și comunicarea intercelulară, deoarece poate fi eliberat în spațiul extracelular prin intermediul transportorilor cu membrană plasmatică din familia SLC13 (Figura 1) .11 Cu toate acestea, expresia acestor transportori pe celulele sanguine nu a fost bine caracterizată. În mediul extracelular, succinatul contribuie la semnalizarea intercelulară printr-un mecanism mediat de receptor.12 În condiții de echilibru, nivelurile circulante de succinat variază de la 2 la 20 μM, iar stimulii pro-inflamatori precum lipopolizaharida (LPS), interleukina (IL) )) -8 și factorul de necroză tumorală (TNF) -α își măresc concentrația.1413 În plus, activarea receptorului succinat (Figura 1) s-a dovedit a fi un mediator critic al răspunsurilor inflamatorii care acționează în sinergie cu receptorii de tip toll (TLR), sporind astfel expresia TNF-α și IL-1β în celulele mieloide.12 Sucinatul funcționează în continuare ca chemoatractant, conducând precursorii celulelor imune de la locul de generație la locul de maturare.12 La om, nivelurile circulante de succinat cresc exponențial în anumite circumstanțe, cum ar fi rezistența exerciții (93 μM) 15 și condiții patologice, cum ar fi diabetul de tip 2 (

47 până la 125 μM), 1716 obezitate

80 μM), 17 și leziuni de ischemie-reperfuzie după infarctul miocardic.18 În plus, nivelurile crescute de succinat circulant se referă la dezvoltarea tumorilor solide și prognosticul slab într-o varietate de tumori maligne hematologice.196 În schimb, activarea receptorului succinat pe celulele stem neuronale s-a demonstrat recent că își promovează activitatea antiinflamatorie într-un model experimental de encefalomielită autoimună.20

Aici, evaluăm critic progresele recente privind rolul succinatului, dincolo de funcțiile sale metabolice, la intersecția dintre răspunsurile inflamatorii și activitatea celulelor sanguine, cu scopul de a identifica lacunele din literatură și de a propune perspective pentru cercetări ulterioare.

Succinilarea și efectele sale imunomodulatoare potențiale

De ceva vreme, succinatul este cunoscut pentru a promova metilarea acidului dezoxiribonucleic prin inhibarea histonei demetilazelor și a proteinelor din familia de translocare zece-unsprezece (Figura 1) și, prin urmare, joacă un rol în peisajul epigenetic celular.2221 Recent, un roman modificarea post-translațională a fost asociată cu acumularea de succinat care are ca rezultat succinilarea lizinei.93 Succinilarea implică modificări structurale dramatice ale proteinelor și conferă o sarcină negativă la pH fiziologic.109 Au fost identificate multe situri de succinilare pe histone, care pot duce la modificări ale structurii cromatinei. și, în consecință, expresia genelor. 98 Mecanismele care declanșează succinilarea lizinei nu sunt încă clare și se știe puțin despre rolul său potențial în modulația imună. În Escherichia coli, unde s-a descoperit succinilarea, acumularea de succinat promovează activitatea de succinil coenzima A sintetază, ducând la o producție mai mare de succinil coenzima A care acționează, la rândul său, ca donator de succinil.23 La șoareci, succinilarea este inversată de sirtuina 5 din familia de deacetilaze dependente de nicotinamidă adenină dinucleotidică care prezintă activitate desuccinilază.23

În schimb, macrofagele de la șoareci lipsiți de sirtuină 5 devin hipersensibile la LPS și prezintă o expresie crescută a IL-1β.27. O limită importantă a acestei strategii este că nu ne permite să excludem posibila deacetilare din activitatea de desuccinilare a sirtuinei 5. Cu toate acestea, Autorii au arătat elegant un mecanism care explică cel puțin parțial aceste rezultate.27 Succinilarea este o modificare care poate apărea pe mai multe proteine ​​în plus față de histone. Acesta este cazul piruvat kinazei M2, a cărui succinilare la K311 promovează translocarea sa în nucleu. Odată ajuns în nucleu, piruvat kinaza M2 formează un complex transcripțional cu HIF-1α care se leagă direct de gena promotor IL-1β și activează transcrierea acesteia.27 În plus, piruvat kinaza M2 hiper-succinilare în șoareci cu sirtuină cu deficit de 5, face animalele mai mult susceptibile la colita experimentală prin creșterea producției de IL-1β.27

Astfel, viitorul studiu ar trebui să examineze legătura dintre succinilare și căile inflamatorii, reglarea acesteia în diferite subgrupuri de celule sanguine și consecințele sale în ceea ce privește expresia genelor și funcțiile celulelor imune atât în ​​condiții sănătoase, cât și în condiții clinice.

Succesează ca comunicator intercelular

Activarea receptorului succinat 1 (SUCNR1), sau a receptorului cuplat cu proteina G 91 (GPR91), a fost recent recunoscută ca un mediator de reglementare pe o varietate de subgrupuri de celule, inclusiv cardiomiocite, adipocite, celule renale și sanguine. pentru GPR91 se obține cu concentrații de succinat de 28-56 μM, indicativ pentru activarea GPR91 la concentrații de succinat mai mari decât nivelurile stării de echilibru.30 Astfel, axa succinat-GPR91 poate funcționa ca un senzor timpuriu de perturbații ale homeostaziei. În acest context, selectarea condițiilor experimentale adecvate este esențială pentru a preveni rezultatele părtinitoare. De exemplu, utilizarea dioxidului de carbon ca metodă de eutanasie la rozătoare ar trebui evitată, deoarece crește rapid nivelurile de succinat din sânge.

Mai mult, mecanisme distincte sunt responsabile pentru oprirea GPR91 într-o manieră dependentă de tipul celulei. Spre deosebire de celulele renale embrionare umane 293, care suferă internalizarea GPR91 în prezența succinatului, 32 celulele renale canine Madin-Darby prezintă în schimb o desensibilizare temporală a GPR91 după legarea succinatului.32 Astfel, răspunsurile specifice de tip celular ale mașinilor GPR91 și pe/dinamica off poate conferi o mare plasticitate acestei căi de reglementare și poate sta la baza rezultatelor aparent controversate. Prin urmare, caracterizarea semnalizării GPR91 în celulele de interes pare a fi esențială pentru a evalua impactul asupra activității funcționale și pentru a identifica ținte medicamentoase specifice la patogeneză.

GPR91 în răspunsurile inflamatorii

Observațiile timpurii asupra celulelor sanguine arată că activarea GPR91 stimulează răspunsurile pro-inflamatorii, dar investigațiile recente au arătat că acest lucru nu este întotdeauna cazul și că impactul GPR91 depinde de contextul celular. De exemplu, GPR91 poate proteja indirect șoarecii de inflamația sistemică de grad scăzut în condiții de dietă bogată în grăsimi, deoarece șoarecii cu deficit de GPR91 prezintă hiperglicemie progresivă și secreție redusă de insulină.33 Aceasta a fost legată de o funcție a GPR91 în țesutul adipos alb, o țesut în care GPR91 este foarte exprimat.33

În plus, GPR91 pare să fie necesar pentru activarea celulelor dendritice și acordarea de licențe in vivo. Conduce la migrarea celulelor dendritice către ganglionii limfatici, deoarece această funcție este afectată la șoarecii cu deficit de GPR91. Cu toate acestea, după maturare, expresia GPR91 scade rapid, făcând celulele dendritice să nu răspundă la stimularea succinată ulterioară după 24 de ore de stimulare cu LPS sau cocktailul de citokine de TNF-α și IL-1β.12 În schimb, macrofagele activate devin mai sensibile la stimularea succinată. 12

Atât în ​​liniile celulare umane, cât și în celulele dendritice derivate din monocite, succinatul activează kinazele extracelulare reglate cu semnal Erk1 și Erk2,3012, care sunt componente de semnalizare în aval ale căilor TLR. În macrofage, HIF-1α este un mediator cheie al răspunsului lor la succinat.253 Acumularea succinatului în citosol are ca rezultat inhibarea competitivă a enzimelor PHD și stabilizarea ulterioară a HIF-1α, chiar și în prezența nivelurilor normale de oxigen (Figura 2A) .63 La rândul său, activarea HIF-1α contribuie la expresia IL-1β.253 Ulterior, oxidarea succinatului în mitocondrii s-a dovedit centrală pentru fenotipul pro-inflamator al macrofagelor, dat fiind că inhibarea competitivă a SDH abrogă expresia IL-1β și HIF-1α. conform constatărilor IL-1β descrise anterior, stabilitatea HIF-1α este similară la macrofagele derivate atât de la șoareci cu deficit de GPR91, cât și de la șoareci WT în prezența succinatului extracelular singur, în timp ce GPR91 promovează pseudohipoxia la stimularea LPS (Figura 2A) .34 Recent, acest mecanism a fost legat de patogenie într-un model experimental de artrită indusă de antigen, unde șoarecii cu deficit de GPR91 prezintă activare redusă a macrofagelor și producție de IL-1β.

În mod surprinzător, impactul inflamator al deficitului de GPR91 variază în diferite subgrupuri de celule mieloide. Modelele animale de dermatită alergică de contact au dezvăluit reacții crescute în absența GPR91 și acest lucru a fost legat de mastocitele hiperactive la șoarecii cu deficit de GPR91 prin intermediul expresiei crescute a TNF-α.35 Acest efect pare să fie dependent de diferențierea defectuoasă a mastocitelor de Precursorii BM, deoarece răspunsurile crescute ale mastocitelor ar putea fi recapitulate în mastocitele WT diferențiate in vitro în absența succinatului.35 Din păcate, nu s-au făcut eforturi suplimentare pentru a explora mecanismele implicate.

În plus, având în vedere contribuția GPR91 la înclinarea echilibrului inflamator, sunt necesare studii pentru a înțelege mai bine modul în care modularea acestuia poate oferi un instrument clinic util pentru controlul răspunsurilor inflamatorii și menținerea homeostaziei imune. În acest sens, dezvoltarea recentă a agoniștilor specifici GPR91, de până la 20 de ori mai puternică în comparație cu succinat, 36 și antagoniști, 37 deschide noi căi de explorare a valorii terapeutice promițătoare a controlului GPR91 cu orice acuratețe.

Noi perspective asupra hematopoiezei: ce rol joacă succinatul?

Investigațiile timpurii asupra hematopoiezei au oferit indicii despre rolul semnalizării succinate în funcția celulelor stem din sânge, adică formarea de sânge sau hematopoieză. GPR91 este exprimat în subseturi de celule derivate din monocite, așa cum s-a discutat anterior, în timp ce este absent în monocitele imature și celulele T și celulele B, 38 indicativ pentru rolurile selective pentru GPR91 pe diferite subseturi de celule sanguine. În contrast, alții au găsit expresia transcriptului GPR91 în populații purificate de monocite și trombocite CD14 din sânge, în timp ce absența sa a fost confirmată în celulele T CD4, celulele T CD8, granulocitele CD16 și celulele CD19 B.39 În mod neașteptat, analiza Western blot a expresiei proteinelor a arătat prezența GPR91 în toate celulele sanguine, cu excepția granulocitelor.39 Interesant, celulele progenitoare BM CD34 umane au fost raportate că exprimă GPR91 pe suprafața lor celulară, 38 sugerând un rol potențial pentru semnalizarea succinatului în celulele stem hematopoietice (HSC). În prezent, lipsa anticorpului specific GPR91 de șoarece disponibil în comerț face dificilă explorarea în continuare a semnificației căii de semnalizare succinat-GPR91 în biologia HSC și a celulelor progenitoare. În acest sens, generarea liniilor de șoarece reporter va avea o mare valoare în câmpul hematopoietic.

In vitro, succinat stimulează capacitatea de proliferare a progenitorilor eritroizi și megacariocitari, iar proliferarea celulară este în mod semnificativ împiedicată în celulele transfectate cu acid ribonucleic cu interferențe mici care vizează GPR91.38. arată o expresie de transcriere GPR91 de 7,2 ori mai mare, așa cum este detectată de microarrays-urile ADNc.39 De remarcat, diferențierea progenitorilor CD34 în megacariocite se realizează atât în ​​prezența trombopoietinei, cât și a IL-1β.39. diferențiere mastocitară.35 Șoarecii cu deficit de GPR91 prezintă mastocite hipomorfe care prezintă răspunsuri crescute, iar acest lucru poate fi recapitulat in vitro folosind celule WT BM diferențiate în absența succinatului35.

După chimioterapie, tratamentul cu succinat in vivo stimulează recuperarea multiliniei a celulelor sanguine, inclusiv celulele roșii din sânge, trombocite și neutrofile38. apoptoza în compartimentul HSC definit ca LSK, adică descendență-negativă, c-kit-pozitivă și sca-1-pozitivă.40 Cu toate acestea, nu au fost studiate consecințele acestei strategii asupra nivelurilor de succinat în celulele LSK și legătura lor cu modificările funcționale ale celulelor. Mai mult, s-a folosit un sistem inductibil pentru a șterge condiționat SDHD controlat într-o manieră temporală, utilizând recombinarea mediată de Cre care se activează după administrarea analogului de estrogen cu tamoxifen. Cu toate acestea, această abordare genetică nu permite delimitarea subsetului celular în care are loc deleția, fie în interiorul, fie în afara sistemului hematopoietic. Având în vedere rolul cheie al celulelor reglatoare din cadrul nișei HSC sănătoase, care controlează cu strictețe funcția, soarta și numărul HSC în BM 41, se poate întâmpla ca aceste efecte să fie parțial mediate de nișa celulelor stem. Vor fi necesare studii viitoare pentru a valida această ipoteză interesantă.

Interesant este că succinatul este crescut de 24 de ori în celulele stromale BM derivate de la șoareci diabet zaharat tip 2 comparativ cu șoareci normoglicemici.42 În acest studiu, celulele aderente au fost utilizate după eliminarea celulelor BM și cultura fracției aderente timp de o săptămână in vitro. Astfel, nivelurile de metaboliți din acest studiu pot diferi de cele găsite în celulele stromale BM primare in vivo. Mai mult, aceste celule aderente pot consta din populații eterogene de celule stromale. Cu toate acestea, autorii dezvăluie un mecanism interesant care poate contribui la dereglarea osoasă în tulburările metabolice. In vitro, succinatul extracelular se leagă de GPR91 pe celulele genealogice osteoclastice și stimulează diferențierea osteoclastelor; un proces care poate contribui la resorbția osoasă observat in vivo.42 Succinatul poate avea apoi un efect indirect asupra hematopoiezei în diabet, deoarece osteoclastele funcționează ca regulatori negativi ai HSC43, în timp ce osteoblastele susțin progenitori limfoizi.4544 Studiile viitoare vor fi necesare pentru a testa aceste idei.

Concluzii

Mulțumiri

Munca noastră este susținută de o subvenție comună acordată de Autoritatea Regională de Sănătate din Norvegia de Nord, Spitalul Universitar din Norvegia de Nord (UNN) și UiT Universitatea Arctică din Norvegia (UiT) (2014/5668), subvenții pentru tinerii cercetători de la Consiliul de cercetare din Norvegia, (Stem Cell Program, 247596; FRIPRO Program, 250901), și subvenții de la Norwegian Cancer Society (6765150), Northern Norway Regional Health Authority (HNF1338-17) și Aakre-Stiftelsen Foundation (2016/9050) la LA.