Caracterització d'una proteïna de 55 KDa associada a la matriu nuclear durant la proliferació cel·lular

Abstract

L'estudi realitzat ha estat la identificació i caracterització de proteïnes de la matriu nuclear, concretament d'una proteïna de 55 KD (p55) associada a la fase replicativa de l'ADN durant la proliferació cel.lular.<br/><br/>La matriu nuclear és una estructura obtinguda després d'una extracció de cromatina i components solubles de nuclis amats. Durant els últims anys s'ha implicat a la matriu nuclear en importants funcions com són: l'organització i replicació de l'ADN, la transcripció i l'acció hormonal (1, 2, 3, 4, 5, 6). Nombroses evidències desvetllen la importància dels components de la matriu nuclear en la regulació de la síntesi de l'ADN i la proliferació cel.lular, com l'increment d'expressió de molts oncogens, que codifiquen proteïnes nuclears les quals s'associen a l'activació proliferativa de diversos tipus cel.lulars normals (7, 8, 9, 10). També s'ha descrit l'increment de moltes altres proteïnes, incloent la calmodulina, proteïnes acceptores de calmodulina (11) i distins enzims replicatius com l'ADN polimerasa a, l'ADN primasa, la 3'-5'-exonucleasa, l'ARNasa H i l'ADN metilasa, les quals s'associen a la matriu nuclear dels hepatòcits durant la fase replicativa de la regeneració (12).<br/>Totes aquestes dades suggereixen que la síntesi de certes proteïnes i la seva associació amb la matriu nuclear pot ésser un procés important per a la regulació de la replicació de l'ADN i la proliferació cel.lular en general.<br/><br/>El treball desenvolupat s'ha centrat en la identificació d'una proteïna de 55 KDa (p55) associada a la matriu nuclear, que incrementa paral.lelament a l'inici de la síntesi d'ADN durant la regeneració hepàtica després d'una hepatectomia parcial (13). L'hepatectomia parcial ha estat el model emprat per l'estudi dels canvis proteics associats a la matriu nuclear dependents de les distintes fases dels cicle ceLlular.<br/>El fet de que la p55 incrementes paral.lelament a la síntesi d'ADN suggería que fos una proteïna relacionada directament amb la replicació de l'ADN.<br/>A causa de l'interès que representa l'estudi dels processos i factors que intervenen en el desenvolupament de la síntesi d'ADN i posterior divisió cel.lular, i atès que es desconeixen les proteïnes que forment part o intervenen en l'estructura interna de la matriu nuclear, l'objectiu d'aquest estudi ha estat la caracterització de la p55. Per tal propòsit s'ha purificat i s'han produït anticossos policlonals contra la p55, amb els quals s'han realitzat estudis immunocitoquímics que han desvetllat la localització nuclear d'aquesta proteïna en el teixit hepàtic regenerant.<br/>A partir de la seqüència parcial d'aminoàcids, s'ha obtingut que la p55 presenta una gran<br/>homologia amb les queratines, concretament amb la queratina núm. 8.<br/>Atès que les queratines són proteïnes de la família de filaments intermedis, descrits com<br/>constituents dels citoesquelet cel.lular i per tant la seva localització és citoplasmàtica i no nuclear, com en el cas de la p55, es plantejaren estudis paral.lels emprant anticossos contra la p55 i contra les queratines.<br/>Els estudis realitzats a nivell bioquímic, en teixit hepàtic, semblen indicar que la p55 detectada en la matriu nuclear es tracta de la queratina 8. Ja que el patró de les dues proteïnes és el mateix tant a nivell d'electroforesi bidimensional, com a nivell de fosforil.laciò <i>in vitro</i> i mitjançant immunotransferències emprant els anticossos esmentats anteriorment.<br/>Com a conclusió d'aquests resultats es podria afirmar, tal com hem indicat, que les dues<br/>proteïnes són la mateixa, si no fos pels resultats obtinguts en els estudis immunocitoquímics emprant l'anticossos anti-p55 i anti-queratines, en els quals s'ha comprovat que la queratina presenta distribució citoplasmàtica i la p55 nuclear.<br/>Posteriorment, s'inicià l'estudi de la p55 en distintes línies cel.lulars en cultiu, per poder generalitzar i comprovar els resultats obtinguts en el teixit hepàtic regenerant.<br/>S'ha utilitzat la línia cel.lular NRK 44F (cèl.lules normals no epitelials de ronyó de rata).<br/>Aquestes cèl.lules resultaven un model d'estudi interessant i comparable amb el de la regeneració hepàtica post-hepatectomia parcial, ja que presenten la capacitat d'ésser activades i sincronitzades en les distintes fases del cicle cel.lular.<br/>S'ha analitzat, mitjançant tècniques immunocitoquímiques, la presència de la p55 en aquestes cèl.lules en diferents fases del cicle cel.lular i s'ha observat que, al igual que en el fetge, la p55 es detecta exclusivament en el nucli de les cèl.lules NRK en fase S. L'ànalisi bioquímica ens indica que el patró electroforètic bidimensional de la proteïna detectada en les cèl.lules NRK, és similar al de la p55 de les cèl.lules hepàtiques. Presenta una forma majoritària i distintes isoformes d'igual pes molecular, degudes a diferents graus de fosforil.lació. En canvi, el pes molecular de la proteïna detectada per l'anticòs anti-p55 en aquestes cèl.lules no és de 55 KOa, si no de 62 KOa.<br/>Pel que fa a la correlació que hi ha entre la p55 i la citoqueratina 8 en les cèl.lules hepàtiques, és interessant indicar que les cèl.lules NRK 44F no són cèl.lules d'origen epitelial (tipus cel.lular que presenta típicament queratines com a components dels filaments intermedis), són fibroblasts, i aquests presenten vimentina com a component dels filaments intermedis.<br/>S'ha comprovat, mitjançant estudis immunocitoquímics i per immunotransferència la composició dels filaments intermedis de les cèl.lules NRK, emprant els anticossos antiqueratina i anti-vimentina. Ja que és conegut que alguns tipus cel.lulars que contenen un únic tipus de filament intermedi, a l'adaptar-se a les condicions de cultiu o degut a factors tumorals (en el cas de línies tumorals), expressen nous tipus de filaments intermedis que coexisteixen amb els originals.<br/>Els resultats obtinguts han estat els esperats. Les cèl.lules NRK no presenten queratines, únicament presenten vimentina.<br/>També s'ha caracteritzat la p55 en altres tipus cel.lulars com són: les cèl.lules HeLa (cèl.lules d'adenocarcinoma humà), MOCK (cèl.lules epitelials de ronyó de gos), BRL (cèl.lules d'hepatocarcinoma de rata) i cèl.lules 3T3 NIH (fibroblasts de ratolí). En totes aquestes cèl.lules, l'anticòs anti-p55 presenta localització exclusivament nuclear. En canvi s'han observat diferències respecte a la proteïna detectada. En les cèl.lules HeLa i MDCK l'anticòs anti-p55 detecta específicament una proteïna de 55 KOa, igual que en les cèl.lules hepàtiques. Una altra característica comú entre aquestes cèl.lules i les del fetge és que presenten queratines i concretament la queratina 8, com component dels filaments intermedis.<br/>En les cèl.lules 3T3 NIH, l'anticòs anti-p55 detecta una proteïna de 60-62 KOa. Aquest resultat coincideix amb l'obtingut en les cèl.lules NRK. Cal destacar que ambdós tipus de cèl.lules són fibroblasts i presenten vimentina com component dels filaments intermedis.<br/>Així doncs podem indicar que l'anticòs anti-p55 detecta una proteïna de localització nuclear independentment del tipus cel.lular que es tracti. En canvi en les cèl.lules d'origen epitelial o que contenen queratina 8, la proteïna detectada per l'anticòs presenta 55 KOa de pes molecular i en els fibroblasts o cèl.lules que no contenen queratina la proteïna detectada presenta entre 60-62 KOa.<br/><br/>S'ha intentat esbrinar si la proteïna de 62 KOa detectada en els fibroblasts presenta alguna correlació amb la vimentina, com és el cas de la p55 i la queratina 8 en el fetge. Però, a més de presentar distint pes molecular, ja que la vimentina té un pes molecular de 57 KOa, presenten diferent patró electroforètic, així com tampoc s'ha observat que l'anticòs antivimentina reconegui la p55, ni l'anticòs anti-p55 la vimentina, contràriament al que s'observava amb la p55 i la queratina 8 en el fetge.<br/><br/>CONCLUSIONS:<br/><br/>Com a conclusió final podem dir que la proteïna detectada per l'anticòs anti-p55, encara que no presenti sempre una correlació amb el tipus de filament intermedi típic del tipus cel.lular en estudi, té relació amb els filaments intermedis degut a la seqüència d'aminoàcids que presenta. La proteïna identificada es pot considerar una proteïna estructural de la matriu nuclear implicada en la segregació dels cromosomes durant la divisió cel.lular, ja que els estudis immunocitoquímics realitzats en cèl.lules en mitosi, emprant l'anticòs anti-p55, ens mostren una reacció associada als cromosomes i a vegades seguint el mateix patró que el fus mitòtic.<br/><br/>BIBLIOGRAFIA:<br/><br/>1- Nelson, W.G.; K.J. Barrack and O.S. Cotfey. 1986. Ann. Rev. Biophys. Chem. 15: 457475.<br/>2- Pardoll, O.M.; B. Volgestein and O.S. Coffey. 1980. Cell 19: 527-536.<br/>3- Smith, H.C. and R. Berezney. 1982. Biochemestry 21: 6751-6761.<br/>4- Smith, H.C. and R. Berezney. 1983. Biochemestry 22: 3042-3046.<br/>5- Jackson, O.A. and P.R. Cook. 1986. EMBO J. 5: 1403-1410.<br/>6- Berezney, R. and O.S. Cotfey. 1975. Science 189: 291-293.<br/>7- Kelly, K.; B.H. Cochram, Ch.O. Stiles and P.Leder. 1983. Cell 35: 603-610.<br/>8- Thompson, C.B.; P.B. Challoner, P.E. Neiman and M. Groudine. 1986. Nature 319: 374380.<br/>9- Greenberg, M.E. and E.B. Ziff. 1984. Nature 311: 433-438.<br/>10- Thompson, N.L.; J.E. Mead, lo Braun. M. Goyette, P.R. Shank and N. Fausto. 1986.<br/>Caneer. Res. 46: 3111-3117.<br/>11- Serratosa, J.; M.J. Pujol, O. Baehs and E. Carafoli. 1988. 8ioehem. 8iophys. Res.<br/>Commun. 150: 1162-1169.<br/>12- Tubo, R.A. and R. Berezney. 1987. J. 8iol. Chem. 262: 1148-1154.<br/>13- Higgins, G.M. and R.M. Anderson. 1931. Mreh. Pathol. 12: 186-202.

<I>We have identified a protein (p55) with a molecular weight of 55 KDa and pI of 6.2, which was strongly increased in the nuclear matrix of rat liver cells during proliferative activation. This protein is highly insoluble since it could not be solubilized either by detergents or by alkaline extraction. We have obtained three partial amino acid sequences which revealed that p55 has a high homology with cytoqueratins. Polyclonal antibodies raised against p55 were used to carry out Western blot and immunocytochemical studies which indicated that p55 was localized only in the nuclei, specifically in the nuclear matrix. Autoradiographic experiments revealed that not all the cells presenting an increase in p55 incorporated (3H)thymidine, indicating that this protein is not related to DNA replication. Immunocytochemical studies also revealed that during mitosis p55 is localized surrounding the chromosomes and associated with the mitotic apparatus, suggesting that p55 is involved in the separation of chromosomes during cell division.<br/>In order to identify the presence of p55 in different cells types, we have also analyzed the antibody against the p55 in NRK (normal rat kidney) cells.<br/>Immunocytochemical studies in synchronic NRK cells revealed that the antibody is located specifically in the nuclei of replicative NRK cells. Western blot analysis of NRK cells showed that the protein detected in NRK cells has 62 KDa and 5.2-5.4 pi value. By western blot studies, we have also found that the protein (p62) is present at the same level in different phases of cell cycle, suggesting that the specific reaction detected by imunocytochemistry in replicative cells is due to increase of antigen accessibility or a change of protein conformation.<br/>Immunocytochemical studies in others culture cells, HeLa (human cervical adenocarcinome), NIH 3T3 fibroblasts, MDCK (Madin-Darby canine kidney) cells and BRL (rat hepatocarcinome), confirm the nuclear reaction of the antibody.<br/>We also show that the protein detected by the antibody from nuclear matrix liver cells is located in the nuclear matrix in all tested cells after extraction of "in vitro" nuclear matrix fraction.<br/>Thus, the NRK cells are fibroblasts and their do not have cytokeratins, we can conclude that the antibody against the nuclear matrix from rat liver cells detect a specific protein of nuclear matrix and from all the results we can also suggest that the protein detected would be related with intermediate filaments proteins. </i>