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La proteostasis celular es monitoreada por una intrincada red de componentes de control de calidad de proteínas, como chaperonas moleculares, respuestas al estrés y mecanismos de degradación, incluido el sistema de proteasoma de ubiquitina (UPS) y la autofagia 1,2. La activación de las vías de respuesta al estrés, como la respuesta de choque térmico mediada por HSF-1 (HSR), la respuesta proteica desplegada del retículo endoplásmico (UPRER) y las mitocondrias (UPRmito) es vital para la adaptación celular y la supervivencia durante los desafíos ambientales o la enfermedad de plegamiento incorrecto de proteínas que conducen a la agregación de proteínas tóxicas 1,2,3,4,5, 6.
La proteostasis celular está coordinada por una capa adicional en organismos multicelulares, como C. elegans, que requiere la orquestación de respuestas de estrés celular en diferentes tejidos para activar componentes protectores de control de calidad de proteínas, como las chaperonas moleculares7. En la última década, se ha observado la activación no autónoma de las vías de respuesta al estrés "celulares" para la respuesta al choque térmico (HSR), elRE UPR y elmito UPR, así como la señalización de chaperonas transcelulares (TCS)3,4,7,8,9,10. En cada caso, el sistema nervioso, así como la señalización del intestino, desempeña un papel crucial en el control de la activación de chaperonas a través de los tejidos, para proteger contra las consecuencias tóxicas del estrés agudo y crónico por plegamiento incorrecto de proteínas 3,5,9,11. Esta transmisión de las neuronas al intestino y a otras células de la periferia puede ser lograda por neurotransmisores, como es el caso delRE UPR y el HSR 6,8,11. En una forma de señalización de estrés no autónoma de las células, TCS, que se activa por el aumento de la expresión de HSP-90 en las neuronas, los péptidos inmunes secretados desempeñan un papel en la activación de la expresión de chaperonas hsp-90 de las neuronasal músculo. En otra forma de TCS, la reducción de la expresión de la chaperona molecular principal hsp-90 en el intestino conduce a un aumento de la expresión de hsp-70 inducible por calor a temperatura permisiva en el músculo de la pared corporal 5,10. Sin embargo, en este caso particular, se desconocen las moléculas de señalización específicas activadas en el intestino que percibe el estrés y las células musculares que responden.
Por lo tanto, para identificar cómo se activa la expresión de chaperonas de un tejido a otro, se requiere un enfoque que permita monitorear la capacidad de la red de proteostasis (NP) y la activación de la respuesta al estrés a nivel específico del tejido. Para investigar qué vía de respuesta al estrés se activa en los tejidos individuales, se puede utilizar una selección disponible de reporteros de chaperonas transcripcionales fusionados con marcadores de proteínas fluorescentes (véase también la Tabla 3). Estos incluyen reporteros transcripcionales hsp-90, hsp-70 y hsp-16.2 marcados con fluorescencia que indican la inducción del HSR, hsp-4 que indica la activación delRE UPR y hsp-6, que indica elmito UPR. La combinación de estos reporteros con una condición de estrés específica del tejido permite una lectura potente que identificará los tejidos individuales que responden a un desequilibrio de la NP en un tejido "emisor" distal que percibe el estrés. Para inducir una condición de estrés o desequilibrio de la NP en un tejido específico, se pueden tomar diferentes enfoques. Por ejemplo, uno de estos enfoques es mediante la expresión ectópica de la forma activada de un factor de transcripción de estrés (p. ej., xbp-1s) y otro es mediante la reducción de los niveles de expresión de una chaperona molecular esencial (p. ej., hsp-90) utilizando promotores específicos de tejido 8,10. Para agotar los componentes de PN en un solo tipo de célula, la eliminación específica de tejidos por ARNi es una herramienta útil.
Sin embargo, en C. elegans, el ARNi es sistémico; el ARN bicatenario en el medio ambiente puede entrar y propagarse por todo el animal para silenciar un gen objetivo12,13. Esta diseminación sistémica del dsRNA ingerido está mediada por proteínas SID (ARNi sistémico defectuoso), como las proteínas SID-1 y SID-2 que son transportadoras de dsRNA, así como por el SID-5, que se colocaliza con las proteínas del endosoma tardío y está implicado en la exportación del dsRNAingerido 14,15,16. SID-1 es una proteína transmembrana de múltiples pasos en todas las células, excepto en las neuronas, y es necesaria para la exportación e importación de dsRNA a las células17. La expresión de SID-2 está restringida al intestino, donde funciona como un receptor endocítico para el dsRNA ingerido desde la luz intestinal hacia el citoplasma de las células intestinales16. Las neuronas carecen de una respuesta al ARNi sistémico, y esto se correlaciona con una expresión reducida de la proteína transmembrana SID-1 en las neuronas, que es esencial para que el dsRNA sea importado15,18. Por lo tanto, para que el ARNi específico de tejido sea eficaz en un solo tipo de célula, es necesario evitar la propagación sistémica del dsRNA. Esto se puede lograr utilizando el mutante sid-1 resistente al ARNi (pk3321) que impide la liberación y absorción de dsRNA a través de los tejidos15. La expresión de una construcción de ARNi de horquilla específica de tejido en este mutante o la expresión ectópica de SID-1 en un tejido específico puede complementar la función de SID-1 mutante y permitirá un ARNi19 específico de tejido.
Entonces, ¿cómo es el dsRNA ingerido por el intestino en un mutante de pérdida de función SID-1 y cómo puede llegar a las neuronas o células musculares que expresan ectópicamente una construcción SID-1? En un modelo actual que explica este mecanismo, el dsRNA endocitado se absorbe en el citoplasma intestinal a través de SID-2 y luego se exporta al pseudoceloma por otro mecanismo independiente de SID-1, que involucra SID-5 y transcitosis17. Por lo tanto, debido a que SID-1 es necesario para la importación de dsRNA17, solo las células que expresan SID-1 de tipo salvaje podrán absorber el dsRNA liberado desde el intestino en el pseudoceloma.
Aquí demostramos el uso de un conjunto de herramientas que permiten el ARNi específico de tejido. Utilizamos el ejemplo de la chaperona molecular Hsp90 para describir la construcción de ARNi de horquilla que puede ser útil para derribar constitutivamente la expresión génica en un tejido específico10. El enfoque descrito podría utilizarse para cualquier gen diana de interés. La respuesta de otros tejidos al desequilibrio de la proteostasis causado por el ARNi hsp-90 específico del tejido puede sondearse mediante el seguimiento de la expresión de reporteros de estrés marcados con fluorescencia en otros tejidos. Como segundo método para el ARNi específico de tejido, demostramos cómo el sistema mutante sid-1 se puede adaptar para alimentar a bacterias que expresan ARNi en lugar de expresar una construcción de ARNi de horquilla. Esto puede ser útil cuando se realiza un cribado de ARNi candidato o de todo el genoma para identificar los componentes necesarios para una respuesta específica de tejido. Del mismo modo, los defectos de desarrollo asociados con el agotamiento de un componente vital de la NP requerirán la eliminación mediada por ARNi en tejidos específicos en etapas posteriores del desarrollo. Demostramos cómo se puede utilizar un sistema de complementación de SID-1 en un cribado de ARNi candidato para modificadores TCS específicos de tejido. En el ejemplo, nuestro objetivo es identificar los componentes de señalización que, al ser golpeados en el tejido emisor "que percibe el estrés" (intestino) y el tejido que afecta el estrés (músculo) conducen al cambio en la expresión de un reportero hsp-70 marcado con fluorescencia en las células musculares.