EndoG influye en el crecimiento y la proliferación celular con impacto en el desarrollo de tejidos y la progresión tumoral

Abstract

La endonucleasa G (ENDOG) és una nucleasa mitocondrial específica d’ADN/ARN que s’expressa de manera ubiqua i sembla que està implicada en processos de recombinació i de degradació de l’ADN independent de caspases. Estudis de genòmica funcional han permès establir una associació entre la hipertròfia cardíaca independentment de la pressió arterial i la manca d’ENDOG. Resultats anteriors publicats pel nostre grup demostraven que la deficiència d’ENDOG indueix una reducció de l’activitat de la cadena respiratòria, un augment en la producció de radicals lliures d’oxigen (ROS) i de la mida dels cardiomiòcits in vivo i in vitro. No obstant, encara no està clara la senyalització que comporta aquest creixement anormal dels miòcits en absència d’ENDOG. Degut a que el cor respon a la pèrdua de cardiomiòcits induint hipertròfia en les cèl•lules restants, creiem que l’augment de mida dels cardiomiòcits en els cors Endog-/-podria ser degut a un número de cèl•lules menor. En aquest estudi demostrem que els cors neonatals de ratolins Endog-/-tenen menys cardiomiòcits i són de major mida respecte als cors de tipus salvatge, així com una expressió disminuïda de gens implicats en la replicació de l’ADN i la divisió cel•lular que s’associa a una reduïda capacitat proliferativa dels cardiomiòcits Endog-/- durant el desenvolupament del cor. També demostrem que ENDOG és necessària per la proliferació in vitro de cèl•lules de rosegadors i humanes, incloses línies cel•lulars tumorals, en les quals la manca d’ENDOG restringeix la capacitat per generar tumors in vivo. L’augment en la producció de ROS en cèl•lules deficients en ENDOG suggereix que aquestes podrien estar implicadesen el rol d’ENDOG en el creixement i la proliferació cel•lular, ja que la neutralització de ROS redueix el creixement anormal dels cardiomiòcits neonatals i es recupera parcialment la proliferació en cèl•lules de rosegadors i humanes amb una expressió reduïda d’ENDOG in vitro. Per aquesta raó, ens hem centrat en la identificació dels mediadors i reguladors que influeixen en la producció de ROS en absència d’ENDOG. Les mitocòndries aïllades de cors Endog-/- tenen una capacitat reduïda per sintetitzar ADNmit i els fibroblasts embrionaris Endog-/-, amb un número de còpies d’ADNmit per mitocòndria menor, no poden recuperar els nivells normals d’ADNmit, el que suggereix una disminució de la replicació d’ADNmit degut a la manca d’ENDOG. A més, la falta d’ENDOG no dificulta la proliferació de cèl•lules que no tenen ADNmit (cèl•lules Rho(0)), confirmant la seva funció en la replicació de l’ADNmit per damunt dels efectes observats sobre la proliferació cel•lular. En conjunt, els nostres resultats demostren que ENDOG és necessària per la replicació de l’ADNmit influint en la producció mitocondrial de ROS i la senyalització dependent de ROS per regular la proliferació i el creixement en cardiomiòcits, així com en altres tipus cel•lulars, contribuint al desenvolupament dels teixits i el creixement tumoral.

La endonucleasa G (ENDOG) es una nucleasa mitocondrial específica de ADN/ARN que se expresa de forma ubicua, y que parece estar implicada en procesos de recombinación y de degradación del ADN independiente de caspasas. Estudios de genómica funcional han permitido establecer una asociación entre la hipertrofia cardiaca independiente de la presión arterial y la falta de ENDOG. Resultados anteriores publicados por nuestro grupo demostraban que la deficiencia en ENDOG induce una reducción de la actividad de la cadena respiratoria, un aumento en la producción de radicales libres del oxígeno (ROS) y en el tamaño de los cardiomiocitos in vivo e in vitro. Sin embargo, todavía no se ha esclarecido la señalización que conduce a este crecimiento anormal de los miocitos en ausencia de ENDOG. Debido a que el corazón responde a la pérdida de cardiomiocitos induciendo la hipertrofia en las células restantes, pensamos que el aumento de tamaño de los cardiomiocitos en los corazones Endog -/- podía ser debido a un menor número de células. En este estudio demostramos que los corazones neonatales de ratones Endog -/- tienen un menor número de cardiomiocitos y de mayor tamaño respecto a los corazones de tipo salvaje, así como una expresión disminuida de genes implicados en la replicación del ADN y la división celular que se asocia a una reducida capacidad proliferativa de los cardiomiocitos Endog -/- durante el desarrollo del corazón. También demostramos que ENDOG es necesaria para la proliferación in vitro de células de roedores y humanas, incluidas líneas celulares tumorales, en las que la falta de ENDOG restringe su capacidad para generar tumores in vivo. El aumento en la producción de ROS en células deficientes en ENDOG sugiere que éstas podrían mediar en el rol que ENDOG ejerce sobre el crecimiento y la proliferación celular, puesto que la neutralización de ROS reduce el crecimiento anormal de los cardiomiocitos neonatales y recupera parcialmente la proliferación en células de roedores y humanas con una reducida expresión de ENDOG in vitro. Por esta razón, nos hemos centrado en la identificación de los mediadores y reguladores que influyen en la producción de ROS en ausencia de ENDOG. Las mitocondrias aisladas de corazones Endog -/- tienen una reducida capacidad para sintetizar ADNmit y los fibroblastos embrionarios Endog -/-, con un menor número de copias de ADNmit por mitocondria, no pueden recuperar los niveles normales de ADNmit, lo que sugiere una disminución de la replicación del ADNmit debido a la falta de ENDOG. Además, la falta de ENDOG no dificulta la proliferación de células que carecen de ADNmit (células Rho(0)), confirmando su función en la replicación del ADNmit por encima de los efecto observados sobre la proliferación celular. En conjunto, nuestros resultados demuestran que ENDOG es necesaria para la replicación del ADNmit influyendo en la producción mitocondrial de ROS y la señalización dependiente de ROS para regular la proliferación y el crecimiento en cardiomiocitos, así como en otros tipos celulares, contribuyendo al desarrollo de los tejidos y el crecimiento tumoral.

Endonuclease G (ENDOG) is a mitochondrial DNA/RNA-nuclease ubiquitously expressed, which may be involved in DNA recombination and caspase-independent DNA degradation. Functional genomics established an association between blood pressure-independent heart hypertrophy and the lack of ENDOG. Our previous results showed that ENDOG deficiency induces a reduction of the respiratory chain activity, increases oxygen free radical production (ROS) and cardiomyocyte enlargement in vivo and in vitro. However, the signaling leading to abnormal myocyte growth in the absence of ENDOG was not elucidated. Because the heart responds to the loss of cardiomyocytes by inducing hypertrophy of the remaining cells, we speculated that the increased cardiomyocyte size in Endog-/- hearts could be due to a reduced number of cells. Indeed, we found that the hearts of neonatal ENDOG deficient mice had fewer and bigger cardiomyocytes than wild type hearts with a decreased expression of genes involved in DNA replication and cell division, which means a reduction in cardiomyocyte proliferation during heart development. We also found that ENDOG is required for cell proliferation of other rodent and human cells, including tumor cell lines, in which ENDOG deficiency restrain their capacity to generate tumors in vivo. Increased ROS production in ENDOG deficient cells suggested that ROS could mediate ENDOG roles in cell growth and proliferation. ROS scavenging reduced abnormal growth of neonatal cardiomyocytes and partially recovered the proliferation of rodent and human cells with reduced ENDOG expression in vitro. For this reason, we focused on identifying the mediators and regulators influencing ROS production in the absence of ENDOG. Isolated Endog-/- cardiac mitochondria had reduced capacity to synthesize mtDNA and Endog-/- embryonic fibroblasts with a decreased mtDNA copy number were unable to regain normal mtDNA levels, which suggested us reduced mtDNA replication due to lack of ENDOG. ENDOG deficiency could no further slow division in cells lacking mtDNA (Rho(0) cells) confirming that its function in mtDNA replication is upstream of the effects on cell proliferation. Together, our results show that ENDOG is required for mtDNA replication influencing mitochondrial ROS production and ROS-dependent signaling to control proliferation and growth in cardiomyocytes and other cell types, contributing to tissue development and tumor growth.