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A proteostase celular é monitorada por uma intrincada rede de componentes de controle de qualidade de proteínas, como chaperonas moleculares, respostas ao estresse e mecanismos de degradação, incluindo o sistema de proteassoma de ubiquitina (UPS) e autofagia 1,2. A ativação de vias de resposta ao estresse, como a resposta ao choque térmico mediada por HSF-1 (HSR), a resposta proteica desdobrada do retículo endoplasmático (UPRER) e as mitocôndrias (UPRmito) é vital para a adaptação celular e sobrevivência durante desafios ambientais ou doença de desdobramento de proteínas que levam à agregação de proteínas tóxicas 1,2,3,4,5, 6.
A proteostase celular é coordenada por uma camada adicional em organismos multicelulares, como C. elegans, que requer a orquestração de respostas ao estresse celular em diferentes tecidos para ativar componentes protetores de controle de qualidade de proteínas, como chaperonas moleculares7. Na última década, a ativação não autônoma celular de vias de resposta ao estresse "celular" foi observada para a resposta ao choque térmico (HSR), oUPR ER e oUPR mito, bem como a sinalização de chaperona transcelular (TCS)3,4,7,8,9,10 . Em cada caso, o sistema nervoso, bem como a sinalização do intestino, desempenha um papel crucial no controle da ativação de chaperonas nos tecidos, para proteger contra as consequências tóxicas de estresses agudos e crônicos de dobramento incorreto de proteínas 3,5,9,11. Essa transmissão dos neurônios para o intestino e outras células da periferia pode ser alcançada por neurotransmissores, como é o caso da RPU,RE e RSS 6,8,11. Em uma forma de sinalização de estresse não autônomo celular, TCS, que é ativado pelo aumento da expressão de HSP-90 nos neurônios, os peptídeos imunes secretados desempenham um papel na ativação da expressão da chaperona hsp-90 dos neurônios para o músculo5. Em outra forma de TCS, a redução da expressão da chaperona molecular principal hsp-90 no intestino leva a um aumento da expressão de hsp-70 induzível pelo calor em temperatura permissiva no músculo da parede corporal 5,10. Neste caso particular, as moléculas de sinalização específicas ativadas no intestino que percebe o estresse e as células musculares que respondem são, no entanto, desconhecidas.
Assim, para identificar como a expressão da chaperona é ativada de um tecido para outro, é necessária uma abordagem que permita monitorar a capacidade da rede de proteostase (NP) e a ativação da resposta ao estresse no nível específico do tecido. Para investigar qual via de resposta ao estresse é ativada nos tecidos individuais, uma seleção disponível de repórteres de acompanhantes transcricionais fundidos a marcadores de proteínas fluorescentes pode ser utilizada (ver também Tabela 3). Estes incluem repórteres transcricionais hsp-90, hsp-70 e hsp-16.2 marcados com fluorescência que indicam a indução do HSR, hsp-4 que indica a ativação doUPR ER e hsp-6, indicando omito UPR. A combinação desses repórteres com uma condição de estresse específica do tecido permite uma leitura poderosa que identificará os tecidos individuais que respondem a um desequilíbrio do NP em um tecido "emissor" distal percebendo o estresse. Para induzir uma condição de estresse ou desequilíbrio da NP em um tecido específico, diferentes abordagens podem ser adotadas. Por exemplo, uma dessas abordagens é pela expressão ectópica da forma ativada de um fator de transcrição de estresse (por exemplo, xbp-1s) e outra é pela redução dos níveis de expressão de uma chaperona molecular essencial (por exemplo, hsp-90) usando promotores específicos do tecido 8,10. Para esgotar os componentes do NP em apenas um tipo de célula, o knockdown específico do tecido por RNAi é uma ferramenta útil.
Em C. elegans, o RNAi é, no entanto, sistêmico; o RNA de fita dupla no ambiente pode entrar e se espalhar por todo o animal para silenciar um gene alvo12,13. Essa disseminação sistêmica do dsRNA ingerido é mediada por proteínas SID (sistêmicas defeituosas de RNAi), como as proteínas SID-1 e SID-2 que são transportadoras de dsRNA, bem como SID-5, que colocaliza com proteínas do endossomo tardio e está implicado na exportação de dsRNA ingerido 14,15,16. SID-1 é uma proteína transmembrana de múltiplas passagens em todas as células, exceto neurônios, e é necessária para a exportação de dsRNA, bem como para importação para as células17. A expressão de SID-2 é restrita ao intestino, onde funciona como um receptor endocítico para dsRNA ingerido do lúmen intestinal para o citoplasma das células intestinais16. Os neurônios não respondem ao RNAi sistêmico, e isso se correlaciona com a expressão reduzida da proteína transmembrana SID-1 nos neurônios, que é essencial para que o dsRNA seja importado15,18. Assim, para que o RNAi específico do tecido seja eficaz em apenas um tipo de célula, a disseminação sistêmica do dsRNA precisa ser evitada. Isso pode ser alcançado utilizando o mutante sid-1 resistente a RNAi (pk3321) que impede a liberação e absorção de dsRNA nos tecidos15. A expressão de uma construção de RNAi em grampo de cabelo específico do tecido neste mutante ou a expressão ectópica de SID-1 em um tecido específico pode então complementar a função do sid-1 mutante e permitirá o RNAi19 específico do tecido.
Então, como o dsRNA é ingerido pelo intestino em um mutante de perda de função sid-1 e como ele pode atingir neurônios ou células musculares que expressam ectopicamente uma construção SID-1? Em um modelo atual que explica esse mecanismo, o dsRNA endocitado é absorvido pelo citoplasma intestinal via SID-2 e depois exportado para o pseudoceloma por outro mecanismo independente de SID-1, envolvendo SID-5 e transcitose17. Assim, como o SID-1 é necessário para a importação de dsRNA17, apenas as células que expressam o SID-1 do tipo selvagem serão capazes de absorver o dsRNA liberado do intestino para o pseudoceloma.
Aqui demonstramos o uso de um conjunto de ferramentas que permitem o RNAi específico do tecido. Usamos o exemplo da chaperona molecular Hsp90 para descrever a construção do RNAi em grampo de cabelo que pode ser útil para derrubar constitutivamente a expressão gênica em um tecido específico10. A abordagem descrita pode ser usada para qualquer gene alvo de interesse. A resposta de outros tecidos ao desequilíbrio da proteostase causado pelo RNAi hsp-90 específico do tecido pode ser investigada monitorando a expressão de repórteres de estresse marcados com fluorescência em outros tecidos. Como um segundo método para RNAi específico do tecido, demonstramos como o sistema mutante sid-1 pode ser adaptado para alimentar bactérias que expressam RNAi em vez da expressão de uma construção de RNAi em grampo de cabelo. Isso pode ser útil ao realizar uma triagem de RNAi candidato ou de todo o genoma para identificar os componentes necessários para uma resposta específica do tecido. Da mesma forma, defeitos de desenvolvimento associados à depleção de um componente vital de NP exigirão knockdown mediado por RNAi em tecidos específicos em estágios posteriores de desenvolvimento. Demonstramos como um sistema de complementação SID-1 pode ser usado em uma triagem de RNAi candidata para modificadores TCS específicos do tecido. No exemplo, pretendemos identificar componentes de sinalização que, após o knockdown no tecido emissor "perceptivo de estresse" (intestino) e no tecido que afeta o estresse (músculo), levam à expressão alterada de um repórter hsp-70 marcado com fluorescência nas células musculares.