Dopaminylation de TPI1 endothéliale supprime les signaux angiocrines ferroptotiques pour promouvoir la régénération pulmonaire au lieu de la fibrose

Modification de la dopamine de TPI1 inhibe le signal de mort cellulaire parénergique des cellules endothéliales pour promouvoir la régénération pulmonaire et inhiber la fibrose

Introduction

La capacité de régénération des poumons leur permet de restaurer le tissu fonctionnel d’origine après une blessure. Cependant, si ce processus de régénération est perturbé, il conduit souvent à une réparation inadaptée et à une fibrose. Néanmoins, la recherche sur la manière dont la communication anormale entre les cellules sacrifie la fonction régénératrice dans la fibrose pulmonaire reste limitée. Les cellules endothéliales (ECs) situées entre la circulation systémique, les cellules épithéliales et mésenchymateuses jouent un rôle crucial dans le soutien métabolique et le flux sanguin pendant la croissance pulmonaire. De plus, les cellules endothéliales fournissent des facteurs paracrines/endocrines pour communiquer avec les cellules épithéliales et mésenchymateuses adjacentes. Cependant, il reste à savoir comment les cellules endothéliales intègrent les signaux systémiques pour initier rapidement un programme sécrétoire angiocrine favorisant la régénération pulmonaire.

Objectif de l’étude

Cette étude a révélé que le neurotransmetteur dopamine, en modifiant l’enzyme triosephosphate isomérase 1 (TPI1) dans les cellules endothéliales, inhibe la mort cellulaire due au fer, favorisant ainsi la régénération pulmonaire plutôt que la fibrose. L’étude explore le mécanisme d’action de la modification par la dopamine de TPI1 dans les cellules endothéliales et comment cela est accompli par l’amélioration de la voie métabolique du glucose.

Source de l’article

Cette recherche a été réalisée par Chunheng Mo, Hui Li, Mengli Yan et al., avec les principaux auteurs provenant de plusieurs laboratoires de l’Université du Sichuan (Sichuan University) et de l’Université Médicale de Harbin (Harbin Medical University). L’article a été publié le 6 août 2024 dans la revue « Cell Metabolism ».

Détails de la recherche

Processus de travail

1. Analyse par séquençage d’ARN à cellule unique et validation par Western Blot : L’étude a d’abord utilisé un modèle de souris avec pneumonectomie (PNX) et a effectué un séquençage d’ARN à cellule unique (scRNA-seq) pour découvrir que TGM2 est sélectivement sur-régulé dans les cellules endothéliales pulmonaires. Ensuite, le Western Blot a confirmé l’augmentation de la protéine TGM2 dans les cellules endothéliales pulmonaires après PNX.
2. Élimination spécifique de TGM2 dans les cellules endothéliales : En croisant des souris TGM2-floxed avec des souris exprimant spécifiquement Cre recombinase, les chercheurs ont construit des souris avec une élimination spécifique de TGM2 dans les cellules endothéliales (TGM2iDEC/iDEC) et ont constaté que leur fonction pulmonaire, leur poids et leur volume pulmonaire étaient affectés après PNX. De plus, des analyses d’immunocoloration et de cytométrie en flux ont montré que la prolifération des cellules endothéliales et des cellules progenitrices épithéliales alvéolaires de type 2 (AEC2) était entravée et que la mort cellulaire endothéliale augmentait.
3. Analyse génomique et protéomique : En comparant les transcriptomes des cellules endothéliales des groupes de souris avec et sans élimination, il a été trouvé que les voies de mort cellulaire par le fer étaient significativement enrichies dans les souris où TGM2 a été éliminé. L’importance de la modification monoamine-dépendante de TGM2 dans la régulation de la régénération pulmonaire a été démontrée par des expériences sur des souris knock-out.
4. Analyse protéomique chimique : En utilisant une sonde de dopamine synthétique cliquable, combinée à une réaction chimique de clic et à une analyse de spectrométrie de masse, les protéines cibles de la dopamine modifiées dans les cellules endothéliales ont été identifiées, révélant que TPI1 est la principale protéine modifiée par la dopamine.
5. Validation fonctionnelle de la modification par la dopamine de TPI1 : À travers des expériences avec des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs) et des souris knock-out, il a été confirmé que la modification par la dopamine de TPI1 joue un rôle d’inhibition dans la mort cellulaire par le fer.

Résultats principaux

1. Impact de la modification de la monoamine dépendant de TGM2 sur la régénération pulmonaire : L’étude a révélé que chez les souris déficientes en TGM2, en restaurant l’expression de la protéine d’inhibition de la mort cellulaire par le fer FSP1, il était possible d’inverser la mort cellulaire par le fer dans leurs cellules endothéliales et d’augmenter la régénération pulmonaire.
2. Mécanisme de modification par la dopamine de TPI1 : Les résultats expérimentaux indiquent que par l’action de l’enzyme TGM2, la dopamine modifie le résidu glutamine 65 (Q65) de TPI1, détournant la fonction de TPI1 de la synthèse d’éther lipide vers le métabolisme du glucose, réduisant ainsi la peroxydation lipidique et inhibant la mort cellulaire par le fer.
3. Promotion de la régénération pulmonaire par la modification de TPI1 par la dopamine : Dans un modèle murin, la restauration de l’expression de la modification par la dopamine de TPI1 dans les cellules endothéliales a significativement amélioré la récupération de la fonction pulmonaire et réduit l’extension des tissus fibreux.
4. Décryptage du réseau d’interaction de la mort cellulaire par fer : À l’aide de simulations moléculaires dynamiques intégrées, l’étude a révélé comment la modification de la glutamine 65 (Q65) de TPI1 par la dopamine renforce son interaction avec le substrat DHAP, orientant son activité catalytique vers la conversion en GAP, boostant ainsi le métabolisme du glucose et réduisant la peroxydation lipidique.

Conclusions importantes

1. Valeur scientifique : Cette recherche enrichit la compréhension de la manière dont la modification par la dopamine joue un rôle clé dans la régénération pulmonaire, améliorant la connaissance des mécanismes régulateurs des cellules endothéliales pendant la récupération de la fonction pulmonaire.
2. Valeur appliquée : En réparant la modification de TPI1 par la dopamine, il est possible de stopper le processus de fibrose dans les poumons blessés, offrant ainsi de nouvelles perspectives de traitement pour les maladies de fibrose pulmonaire. Cette stratégie offre de nouveaux cibles et méthodes de traitement en améliorant le métabolisme du glucose et en inhibant la peroxydation lipidique.

Points forts de l’étude

1. Découverte de la voie de modification par la dopamine dépendante de TGM2 : Cette étude a révélé pour la première fois le rôle clé de TGM2 dans la modification par la dopamine dans les cellules endothéliales pulmonaires, et clarifié comment cette modification promeut la régénération pulmonaire en régulant l’activité de TPI1.
2. Application de la protéomique chimique multidimensionnelle : Grâce à une stratégie innovante de protéomique chimique, TPI1 a été identifié comme la principale cible de la modification par la dopamine, démontrant le potentiel de cette méthode expérimentale dans l’exploration des mécanismes des modifications des protéines.
3. Analyse du mécanisme catalytique de la modification de la glutamine 65 par la dopamine : Grâce à des simulations de dynamique moléculaire, l’équipe de recherche a analysé en détail comment la modification de la glutamine 65 par la dopamine modifie la conformation de TPI1 pour améliorer son activité catalytique.

Autres informations précieuses

1. Directions pour les recherches futures : L’étude propose d’explorer plus avant les mécanismes spécifiques de signalisation des modifications par la dopamine dans la régénération pulmonaire, ainsi que leur rôle potentiel dans d’autres organes.
2. Potentiel thérapeutique : La recherche montre que l’injection de sondes de dopamine synthétiques Pro-DA peut augmenter efficacement le niveau de modification par la dopamine de TPI1, démontrant le potentiel de cette méthode en thérapie clinique.

Conclusion

En révélant le rôle clé de la modification par la dopamine dans la régénération pulmonaire, cette étude fournit de nouvelles perspectives et cibles potentielles pour comprendre et traiter la fibrose pulmonaire. Les analyses multidimensionnelles et stratégies expérimentales de l’équipe de recherche offrent des mécanismes moléculaires détaillés, établissant une base solide pour les recherches futures et les applications cliniques.