Endoplasmatisch reticulum (ER) stress wordt gedefinieerd als elke verstoring die het eiwitvouwvermogen in het organel in gevaar brengt. De accumulatie van ongevouwen eiwitten in het ER-lumen activeert een transductiecascadesignaal dat de ongevouwen eiwitrespons (UPR) wordt genoemd. Deze complexe signaalroute wordt georkestreerd door drie stresssensoren: PERK (protein kinase RNA [PKR]-like ER kinase), IRE1 (inositol-vereisend enzym 1) en ATF6 (geactiveerde transcriptiefactor 6). Allemaal samen proberen ze de homeostase te herstellen. Maar als stress aanhoudt, induceert UPR uiteindelijk celdood door apoptose1.
PERK, een ER-transmembraaneiwit, leidt bij ER-stress de fosforylering van eukaryote initiatiefactor-2 alfa (eIF2α), waardoor de wereldwijde eiwitsynthese en dus de eiwitbelasting in het ER2 wordt verminderd. We toonden aan dat calcineurine A/B (CNA/B), een heterodimeer Ca2+ fosfatase, het cytosolische domein van PERK direct bindt, waardoor de autofosforylering toeneemt en de remming van eiwittranslatie en cel levensvatbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd 3,4. Interessant is dat CNA / B overvloedig aanwezig is in het zoogdierbrein, waarbij twee isovormen van de subeenheid A van CN worden onderscheiden: α en β.
Onder aanhoudende ER-stress is de PERK-signaleringsroute de enige UPR-tak die geactiveerd blijft, waardoor zowel de pro-overlevings- als de apoptotische respons wordt bemiddeld. In de chronische fase is een belangrijke stroomafwaartse gebeurtenis de inductie van de transcriptiefactor, CHOP (CCAAT/enhancer binding protein homologe protein)5. Chronische ER-stress wordt ook steeds meer erkend als een gemeenschappelijke bijdrage aan een uitgebreid scala aan pathologische aandoeningen, waaronder neurodegeneratieve ziekten6. Het is belangrijk om te begrijpen hoe UPR cytoprotectieve signalering kan vergemakkelijken in plaats van celdood 7. Op dit moment is er echter weinig bekend over het exacte mechanisme dat de overgang tussen deze twee UPR-fasen regelt.
Onlangs ontdekten we dat ganglioside GM2 zich in gekweekte neuronen ophoopt in ER-membranen en luminale calciumdepletie induceert. Dit activeert op zijn beurt PERK-signalering, die neurietatrofie en apoptose 8 bemiddelt. In deze studie wordt de GM2-opbouw in gekweekte neuronen gebruikt als een celsysteemmodel van ER-stress-geïnduceerde neurietatrofie. In het bijzonder worden twee PERK-factorexpressies gemanipuleerd, CN-Aα en CHOP, die de overgang tussen vroege / beschermende gebeurtenissen en een chronische / apoptotische fase schakelen. Om dit te bereiken, worden de respectievelijke genen tot zwijgen gebracht; zo zijn primaire corticale neuronculturen geïnfecteerd met lentivirus-geleverd specifiek shRNA. Western blot-analyse onthult een significante vermindering van CN-Aα- en CHOP-expressieniveaus in vergelijking met de controlecellen, die zijn geïnfecteerd met lentivirus dat een gecodeerd shRNA draagt. Na deze behandeling worden neuronen onderworpen aan verschillende incubatietijden van exogene GM2, gefixeerd en immunogekleurd met anti-microtubule geassocieerd eiwit 2 (MAP2) antilichaam9. Beelden worden verkregen met een epifluorescentiemicroscoop. De totale uitgroei van neuriet wordt geëvalueerd ten opzichte van het totale celaantal.