Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/90031
Title: Mitochondria-Associated Membranes: a platform for transferring endoplasmic reticulum stress signals to mitochondria in innate immune cells. Does lithium promote an adaptive cellular response and survival?
Other Titles: “Mitochondria-Associated Membranes”: plataforma para transferência dos sinais do stresse do retículo endoplasmático para as mitocôndrias nas células imunes inatas. O lítio promove uma resposta celular adaptativa e a sobrevivência das células?
Authors: Pascale, Jessica De
Orientador: Duarte, Carlos Jorge Alves Miranda Bandeira
Pereira, Cláudia Maria Fragão
Keywords: Stresse do RE; “Unfolded Protein Response” (UPR); “Mitochondria-Associated Membranes” (MAMs); lítio; imunidade inata; ER stress; Unfolded Protein Response (UPR); Mitochondria-Associated Membranes (MAMs); lithium; innate immunity
Issue Date: 18-Jul-2019
Serial title, monograph or event: Mitochondria-Associated Membranes: a platform for transferring endoplasmic reticulum stress signals to mitochondria in innate immune cells. Does lithium promote an adaptive cellular response and survival?
Place of publication or event: Centro de Neurociências e Biologia Celular, UC
Abstract: O retículo endoplasmático (RE) é um organelo celular fundamental uma vez que está envolvido na síntese e enrolamento de proteínas, no armazenamento de iões Ca2+ e no metabolismo lipídico. Este organelo estabelece locais de contato com as mitocôndrias designados “Mitochondria-Associated Membranes” (MAMs). Nos últimos anos, as MAMs adquiriram importância devido ao seu papel central na modulação de diversos eventos fisiológicos fundamentais, tais como a homeostase do Ca2+, metabolismo celular, proteostase e ativação do inflamassoma NLRP3, e também porque a sua desregulação tem sido associada a diferentes patologias, nomeadamente doenças neurodegenerativas, metabólicas e inflamatórias. Além disso, descobertas recentes demonstram que o estabilizador de humor lítio, que foi o principal tratamento para transtornos mentais graves nas últimas seis décadas, protege de numerosos danos ao modular positivamente várias vias de sobrevivência celular. Considerando estas evidências, o presente trabalho teve como objetivo compreender o papel dos contatos RE-mitocôndria na resposta do sistema imune inato ao stresse do RE e investigar se o lítio pode ter um efeito protetor nessas condições. Os objetivos específicos foram: i) investigar a ativação de mediadores da via “Unfolded Protein Response” (UPR); ii) estudar a comunicação RE-mitocôndria analisando proteínas residentes das MAMs e a disfunção mitocondrial; iii) abordar o efeito do lítio na UPR induzida pelo stresse do RE, na função mitocondrial, bem como na sobrevivência de células imunes inatas. Utilizando a linha celular de monócitos humanos THP-1 tratada com o indutor de stresse do RE tunicamicina, versus monócitos não tratados, demonstrou-se que, após indução de stresse ocorreu a ativação das vias PERK e IRE1α da UPR, de um modo dependente de tempo. Esta ativação foi seguida do aumento da expressão de chaperonas do RE e de fatores de transcrição pró-apoptóticos. A indução da UPR nas células tratadas com tunicamicina ocorreu juntamente com alterações de proteínas localizadas nas MAMs, nomeadamente a chaperona SIGMA-1R, que regula os fluxos de Ca2+ RE-mitocôndria e desempenha um papel relevante na resposta do RE ao stress, a oxidoredutase ERO1α, que se transloca para as MAMs em condições de stresse, e a Mitofusina 2, uma proteína de ligação RE-mitocôndria. Além disso, a dinâmica mitocondrial foi significativamente afetada pelo stresse do RE tendo-se observado, nos monócitos expostos a tunicamicina, um aumento da fusão e uma diminuição da fissão. A despolarização da membrana mitocondrial foi detetada nos monócitos tratados com tunicamicina, na ausência de alterações da quantidade de Ca2+ neste organelo. Nestas condições, verificou-se também uma diminuição dos níveis de espécies reativas de oxigénio (ROS) dentro da mitocôndria, concomitantemente com a ativação da isoforma mitocondrial da enzima antioxidante superóxido dismutase (SOD2). Finalmente, observou-se que o lítio protegeu ligeiramente os monócitos humanos da ativação da UPR induzida pelo stresse do RE, mas que não foi capaz de recuperar a função mitocondrial e a viabilidade destas células. Estes resultados suportam o papel dos contatos RE-mitocôndria nas alterações da imunidade inata sob condições de stresse do RE e identifica novos alvos terapêuticos para patologias associadas à inflamação.
The endoplasmic reticulum (ER) is a fundamental cellular organelle involved in protein’s synthesis and folding, storage of Ca2+ ions and lipid metabolism. This organelle establishes contact sites with mitochondria called Mitochondria-Associated Membranes (MAMs). In recent years MAM become a hot topic in research due to its central role in modulating fundamental physiological events, namely Ca2+ homeostasis, cellular metabolism, proteostasis and NLRP3 inflammasome activation, and also because its dysregulation has been associated with a wide range of disorders, such as neurodegenerative, metabolic and inflammatory diseases. Moreover, recent findings demonstrate that the mood stabilizer lithium, which was the main treatment for severe mental disorders in the last six decades, protects from numerous insults by positively modulating several pro-survival pathways. Considering these evidences, the goal of the present work was to provide additional proofs of the role of ER-mitochondria contacts in the response of the innate immune system to ER stress and to investigate if lithium can play a protective effect under these conditions. The specific aims were to: i) investigate the activation of signaling mediators of the Unfolded Protein Response (UPR); ii) study ER-mitochondria communication analyzing MAM-resident proteins and mitochondria dysfunction; iii) address the effect of lithium on ER stress-induced UPR, mitochondria function, as well as on survival of stressed innate immune cells. Using the human THP-1 monocytic cell line treated with the ER stress inducer tunicamycin versus untreated monocytes, it was demonstrated the time-dependent activation of the PERK and IRE1α arms of the UPR upon stress induction, followed by the upregulation of ER chaperones and pro-apoptotic transcription factors. UPR induction in tunicamycin-treated cells occurred together with changes in MAM-located proteins, namely the chaperone SIGMA-1R that regulates ER-mitochondria Ca2+ fluxes and plays a relevant role in the ER response to stress, the oxidoreductase ERO1α that translocates to MAMs upon ER stress and Mitofusin 2 that is an ER-mitochondria tethering protein. Furthermore, mitochondrial dynamics was significantly affected by ER stress, with an increase in fusion and a decrease in fission observed in monocytes exposed to tunicamycin. Mitochondrial membrane depolarization was detected in tunicamycin-treated monocytes, in the absence of alterations in the content of Ca2+ in this organelle. In addition, a decrease in the levels of reactive oxygen species (ROS) within the mitochondria was observed in monocytes incubated with tunicamycin, concomitantly with activation of the mitochondrial Manganese (Mn)- dependent isoform of the antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD2). Finally, it was observed that lithium slightly protects human monocytes from ER stress-induced UPR activation but it is not able to recover mitochondrial function and cell viability in ER stressed cells. Taken together, these findings support a role of ER-mitochondria contacts in innate immune alterations under ER stress conditions and identify novel therapeutic targets to pathologies associated with inflammation.
Description: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/90031
Rights: embargoedAccess
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