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Ver el documento (formato PDF)   Inda, María Carolina.  "Caracterización de distintas fuentes de cAMP en la señalización del GPCR CRHR1"  (2017-03-15)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
Los receptores acoplados a proteína G (GPCRs) son los mediadores de las respuestas celulares a una gran cantidad de estímulos, así como también el blanco de muchas drogas terapéuticas. El rol clásico de los GPCRs es acoplar la unión de ligandos a la activación de proteínas G heterotriméricas, que a su vez regulan a múltiples proteínas efectoras. Recientemente se ha demostrado que los modos de señalización de los GPCR son mucho más complejos, involucrando también mecanismos independientes de proteínas G y señalización dependiente de la internalización del receptor. La hormona liberadora de corticotropina (CRH) ejerce un rol clave en la respuesta integrada al estrés. Además de regular la activación del eje hipotálamo-pituitario-adrenal (HPA), CRH está ampliamente distribuida en el sistema nervioso central, donde funciona como un neuromodulador, integrando aspectos comportamentales y afectivos de la respuesta a estrés. Se ha demostrado que la desregulación de la acción de CRH a través de su receptor de alta afinidad, CRHR1, se encuentra involucrada en el desarrollo de estadios patológicos asociados al estrés como ansiedad y depresión. CRHR1 es un GPCR de clase B, que al activarse principalmente se acopla a proteína Gs y lleva a un aumento del segundo mensajero AMP cíclico (cAMP) y la activación de múltiples vías de señalización. Es de particular interés la fosforilación de la MAPK ERK1/2, que induce la transcripción de Pomc para activar el eje HPA en corticotrofos, y se dispara en estructuras del cerebro asociadas a aspectos comportamentales de la respuesta a estrés frente a la estimulación con CRH. Habíamos descripto previamente que CRHR1 activa mecanismos de señalización dependientes de proteína G y otros dependientes de la endocitosis del receptor. Estos dos componentes de respuesta pueden evidenciarse como dos fases diferentes de activación de ERK1/2 en la línea celular hipocampal murina HT22 transfectada establemente con CRHR1 (HT22-CRHR1). En este trabajo, nos focalizamos en la respuesta de cAMP mediada por CRHR1, utilizando métodos clásicos de biología molecular en combinación con biosensores basados en la transferencia de energía resonante de Förster (FRET) para estudiar por visualización dinámica de célula única los mecanismos de señalización de CRH. En primer lugar demostramos que al estimular CRHR1, el aumento en los niveles de cAMP no sólo está mediado por las adenilil ciclasas transmembrana (tmACs) sino también por una adenilil ciclasa soluble (sAC) en las células HT22-CRHR1. sAC es una fuente atípica de cAMP ya que es insensible a proteína G y es regulada por calcio y bicarbonato. Además, se ha reportado que sAC está presente en distintas localizaciones subcelulares, formando microdominios de señalización. La respuesta de cAMP a CRH también se encontró mediada tanto por tmAC como por sAC en la línea celular derivada de corticotrofos AtT20, pero no así en las células 3T3L1-CRHR1. Sin embargo, observamos que tanto en células HT22-CRHR1 como en AtT20, sAC no participa en la señalización de otros ligandos de GPCRs, como isoproterenol o PACAP38, respectivamente. Estos resultados indican que el rol de sAC en la transducción de señales de un GPCR depende del contexto celular y del receptor involucrado. La estimulación con CRH genera un aumento en los niveles de calcio intracelular, y al bloquear la respuesta de calcio se observó un patrón de cAMP y ERK1/2 en respuesta a CRH similar al que se obtiene al bloquear sAC. Esto sugiere que calcio es el activador de sAC río abajo de CRHR1. Luego, nos propusimos caracterizar si ambas fuentes de cAMP contribuyen a un pool común de cAMP o si pueden identificarse roles particulares para cada adenilil ciclasa en la respuesta. Observamos que tanto tmACs como sAC participan en la fase aguda de activación de ERK1/2, pero que en la fase sostenida de fosfo-ERK1/2, dependiente de la internalización de CRHR1, sólo sAC está involucrada. Más aún, demostramos que el CRHR1 continúa generando cAMP desde estaciones endocíticas, y que es sAC la responsable de esta producción una vez internalizado CRHR1. En conclusión, a través de la caracterización de los mecanismos moleculares activados por CRHR1, se hallaron nuevas evidencias que refuerzan el modelo emergente de señalización por GPCR en el que la respuesta de cAMP no ocurre exclusivamente a nivel de la membrana plasmática y donde sAC representa una fuente alternativa de cAMP regulada por GPCRs.

Abstract:
G protein–coupled receptors (GPCRs) are the mediators of cellular responses to a wide variety of stimuli, as well as the target of many therapeutic drugs. The classical role of GPCRs is to couple the binding of ligands to the activation of specific heterotrimeric G proteins, leading to the regulation of downstream effector proteins. Recently, it has been demonstrated that GPCR signaling is much more complex, including G protein–independent mechanisms and receptor internalization dependent signaling. Corticotropin-releasing hormone (CRH) plays a critical role in the integrated stress response. Besides being the driver of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, CRH is widely distributed in the central nervous system, where it functions as a neuromodulator, integrating affective and behavioral aspects of the stress response. It has been demonstrated that the dysregulation of CRH action through its high-affinity type 1 receptor (CRHR1) is crucial in the pathogenesis of stress-related affective disorders. CRHR1 is a class B GPCR that, upon ligand activation, signals mainly by Gs coupling, leading to the increase of the second messenger cyclic AMP (cAMP) and the activation of multiple signaling cascades. Of particular interest is the phosphorylation of the MAPK ERK1/2, which is involved in the induction of Pomc transcription to activate the HPA axis in pituitary corticotrophs, and that is activated in specific brain structures related to behavioral aspects of the stress response upon CRH stimulation. We have previously described that CRHR1 activates G protein-dependent and receptor endocytosis-dependent mechanisms. These two components of the response can be evidenced as two distinct phases of ERK1/2 activation in the mouse hippocampal cell HT22 stably transfected with CRHR1 (HT22-CRHR1). In this work, we focused on the cAMP response of CRHR1, using classical cell biology tools in combination with Förster resonance energy transfer (FRET)–based biosensors, to study CRH signaling mechanisms at the single cell level by live imaging. First, we demonstrated that upon CRHR1 stimulation, cAMP level increase is not only mediated by transmembrane adenylyl cyclases (tmACs), but also by a soluble adenylyl cyclase (sAC) in HT22-CRHR1 cells. sAC is an atypical cAMP source, insensitive to G protein but regulated by bicarbonate and calcium. In addition, it has been reported that sAC is localized in different intracellular locations, generating particular signaling microdomains. cAMP response to CRH was also found mediated by both tmACs and sAC in the corticotroph-derived cell line AtT20, but sAC was not involved in the response in 3T3L1-CRHR1 cells. However, we determined that in HT22-CRHR1 cells as well as AtT20 cells, sAC does not participate in the signaling pathway of other GPCR ligands such as isoproterenol or PACAP38, respectively. These results indicate that the role of sAC in the signal transduction of a GPCR depends on the cellular context and the receptor involved. CRH stimulation leads to a rise in intracellular calcium levels, and when the calcium response is blocked the cAMP and ERK1/2 pattern in response to CRH is similar to the one observed when sAC is blocked. This suggests that calcium is the activator of sAC downstream CRHR1. Then, we aimed to characterize if both cAMP sources contribute to a common cAMP pool or if particular roles for each type of adenylyl cyclase may be identified in the response. We observed that both tmACs and sAC participate in the acute activation of ERK1/2, but in the sustained phospho-ERK1/2 phase only sAC is involved. Moreover, we demonstrated that CRHR1 continues to generate cAMP from endocytic stations, and that sAC is the enzyme responsible for this production once CRHR1 is internalized. In conclusion, by characterizing the molecular mechanisms activated by CRHR1, we found new evidences that strengthen the emerging model of GPCR signaling in which the cAMP response does not occur exclusively at the plasma membrane and introducing the notion of sAC as an alternative source of cAMP.

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Registro:
Título : Caracterización de distintas fuentes de cAMP en la señalización del GPCR CRHR1     =    Characterization of different cyclic AMP sources involved in the signaling mechanisms of the GPCR CRHR1
Autor : Inda, María Carolina
Director : Silberstein Cuña, Susana
Consejero : Arzt, Eduardo
Jurados : Rossi, Mario  ; Colman-Lerner, Alejandro  ; Davio, Carlos
Año : 2017-03-15
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA)
Partner Institute of the Max Planck Society
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_6170_Inda
Idioma : Español
Area Temática : Biología / Biología Molecular y Celular
Palabras claves : CRH; GPCR; AMP CICLICO; ADENILIL CICLASA SOLUBLE; SEÑALIZACION DESDE ENDOSOMAS; CRH; GPCR; CYCLIC AMP; SOLUBLE ADENYLYL CYCLASE; ENDOSOME-BASED SIGNALING
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