Lambertin malli soluturpoamisen aiheuttamasta soluntauriinipitoisuuden säätelystä

Väitöskirjansa sivulla 83 Lambert esittää kaavakuvana nykyiseen tietämykseen perustuvan oletetun kaavan, jossa start-ruudussa lukee Cell swelling, solun turpoaminen; päätetapahtumina on mahdollinen tauriinin menetys solusta Taurine loss joko kalvonläpäisevyyden välittämänä tai volyymisensitiivisen orgaanisen osmolyyttikanavan, tauriinikanavan, kautta tapahtuvana.
Kuvan alla on lyhyehkö selitys ja tekstissä on tarkemmat yksityiskohdat.

Kuvan alla oleva lyhyt teksti on tällainen:

• Solun turpoamisesta seuraava aktivaatio käsittää PLA2-välitteisen arakidonihapon vapautumisen, 5-LO-välitteisen arakidonihappo-oksidaation, eikosanoidien vapautumisen extrasellulaariseen aitioon, niiden sitoutumisen R- reseptoriin ja täten volyymiherkän tauriinikanavan efflux tien aktivaatioon.
  
• 5-LO entsyymi omaa aktivoivan proteiinin FLAP. Oletetaan että FLAP esittelee arakidonihapon 5-LO entsyymille.
  
• ROS, vapaita happiatomeja generoituu NAD(P)H-oksidaasilla ja superoksidi dismutaasilla (SOD). Niitten reaktiot:
• NADPH + 2 O2 = NADP+ ja 2x O2- sekä 2 H+
• 2 x O2- ja 2 H+ = H2O2 + O2
• ROS vähentää tyrosiinifosfataasien aktiivisuutta, mikä johtaa kohonneeseen avautumismahdollisuuteen volyymisensitiivisessä tauriinin ulosvuototiessä.
• PKC stimuloi NADPH oksidaasia ja vaikuttaa eikosanoidireseptoriin.
  
• LPC:n indusoima tauriinin ulosvuototie käsittää yleisemmän permeabilisaation plasmakalvossa sekä ROS tuotantoa.
  
• ROS käsittää ensinnäkin vahvan vahvistusjärjestelmän iPLA2:n stimuloitumisen ja 5-LO ensyymin kautta ja sen lisäksi muodostaa yhdystien molempien signalointireittien välillä.
• PLA2 on essentielli molempien teitten aktivaatiossa, mutta downstream signalointi, joka alkaa vaikuttaa, riippuu siitä PLA2-tyypistä, joka on kyseessä ja subsellulaarisesta lokalisaatiosta.
• Turpoamisen indusoimaa tauriinin vuotoa pois solusta estää DIDS ja seerumin nälkätila mutta kolesteroli ei vaikuta siihen.
• LPC:n indusoima tauriinin efflux tie on epäherkkä DIDS:lle ja seerumin nälkätilalle, mutta estyy kolesterolista
  

Näitä PLA2 entsyymejä mainitaan kuvassa seuraavat: iPLA2, sPLA2 ja cPLA2.
Solun turpoaminen translokoi tai aktivoi PLA2 entsyymejä kalvoon, missä se lisää rasvahappojen saatavuutta ( arakidonihappoa) ja lysofosfolipidejä.
(cPLA2alfa Ehrlichin soluissa ja iPLA2 NIH3T3 soluissa).

Arakidonihappo toimii kalsiumia Ca2+ mobilisoivana agenssina joissain soluissa tai hyvin voimakkaiden eikosanoidien synteesin alkuaineena, esim Ehrlichin soluissa.

Absoluuttisen solunsisäisen kalsiumkonsentraation funktio on cPLA2 entsyymin erilaiset lokalisoitumiset: Golgin laitteeseen, endoplasmiseen retikulumiin tai tumakalvoon. Koska intrasellulaaristen aitioitten kalvot ilmentävät erilaisia lipidikompositioita, on todennäköistä, että PLA2 aktivaation tuottamat tuotteet (lysofosfolipidit/rasvahapot) ja soluvasteseuraamus määräytyvät aktuellista solunsisäisestä kalsiumkonsentraatiosta stimuluksen hetkellä.

5-LO translokoituu sytosolista tai tuma-aitiosta tumakalvoon ( nuclear envelope), missä se assosioituu kalvoon sitoutuneeseen docking proteiiniin FLAP ja sitten oksidoi arakidonihappoa 5-HPETE muotoon.
Tämä joko redusoituu 5-hydroxy eicosatetraeenihappomuotoon 5-HETE tai konvertoituu epästabiiliksi LTA4 muodoksi.

Ehrlichin soluissa valiutuu 5-LO- tie COX1/COX2 kustannuksella jos puuttuu exogeenista arakidonihappoa, mikä viittaisi siihen, että cPLA2alfa ja 5-LO joutuvat lähi- assosioaatioon tumakalvon kanssa kun solu alkaa turvota.

Gluthationi S-transferaasi konjugoi glutationi GSH eikosanoidin LTA4:n kanssa ja niin muodostuu LTC4 ja sitten seuraa glutamiinihappotähteen irtoaminen LTC4 molekyylistä , jolloin on muodostunut LTD4 molekyyli.

Enstyymit jotka osallistuvat LTA4:n konversioon LTD4:ksi ovat erityisiä plasmamembraanilla sijaitsevia entsyymeitä.

On arveltu, että joko LTD4 vapautuu suoraan extrasellulaariseen aitioon tai vaihtoehtoisesti LTC4 vapautuu extrasellulaaritilavuuteen multiresistenssiin assosioituvan proteiinin avulla ja sitten konvertoituu LTD4:ksi.
LTD4 sitoutuu leukotrieenireseptoriin (CysLT1) ja edistää ( Ehrlichin soluissa) volyymisensitiivistä tauriinin effluxtietä ja myös K+ efflux tietä.

Mutta volyymisensitiivisen kloridijonivirran aktivaatio Ehrlichin soluissa ei vaikutu LTD4:stä.

Trimeeriset G-proteiinit ovat osallistumassa volyymisensitiivisessä kaskadissa eri vaiheissa, siis PLA2 aktivaatioissa (kuten on raportoitu ihmisen verihiutaleista tai koe-eläimen munuaisen medullan kokoojatiehyeistä primääriviljelmissä) ja LTD4-välitteisessä signaloinnissa ( kuten Ehrlichin soluista on raportoitu).

Turpoamisen indusoima tauriinin efflux käsittää tyrosiinifosforylaation, jonka suorittaa vielä identifioimaton proteiinityrosiinikinaasi; koska turpoamisen indusoima cPLA2alfa translokaatio Ehrlichin soluissa ei vaikutu tyrosiinikinaasien inhibitiosta, on oletettu että tyrosiinikinaasiaskel on downstream tapahtuma PLA2 translokaatio- ja aktivaatioaskeleesta.

LTD4 triggeröi nopean Src-kinaasi-välitteisen fosforylaation vinkuliinin tyrosiinitähteessä ja tämä vaikuttaa vinkuliini-aktiini-interaktioon fokaaliadheesiossa.

Arakidonihappo, LPC ja PKC-välitteinen fosforylaatio johtavat ROS muodostukseen. Oletettavasti tämä tapahtuu NAD(P)H oksidaasin aktivaatiosta. ROS sitten estää proteiinityrosiinifosfataasia ja siten lisää proteiinien yleistä tyrosiinifosforyloitumista. Tämä taas vaikuttaa avautumismahdollisuuksia volyymisensitiivisessa tauriinikanavassa.

LPC indusoi myös tauriinin menetystä nisäkässoluissa reaktiivisista happilajeista (ROS) riippuvalla mekanismilla, mikä näyttää käsittävän kontrolloidun solusignalointisysteemin ja myös yleistyneemmän plasmakalvopermeabilisaation.

Ei ole vielä selvitetty sitä mekanismia, mikä seikka vastaa LPC:n indusoimasta ROS tuotannosta.

PKC:n ja PKA:n stimulaatio moduloi tauriini efflux-tien aktiivisuutta aivojen gliasoluissa, mutta näitä kinaaseja ei näytä tarvittavan turpoamisen indusoimassa aktivaatiossa.

Basofiilisissa leukemiasoluissa on osoitettu että LTD4 aktivoi PKC entsyymiä ja että homologinen LTD4:n indusoiman kalsiumin mobilisoimisen desensitoiminen koskee PKC-entsyymiä.

Solujen altistaminen kalsiumjonia mobilisoiville agensseille johtaa vääjäämättä kalsiumjonille herkkien vaiheitten stimuloitumiseen volyymille herkässä signaalikaskadissa (PLA2, translokaatio, 5-LO translokaatio ja FLAP-sitoutuminen, kalmoduliinimodulaaio, PKC-stimulaatio, LTD4:n sitoutuminen reseptoriinsa)
ja turpoamisen indusoiman tauriinin ulosvuodon, efflux, vahvistumiseen.

Kuitenkin kalsiumin mobilisaatio aktivoi myös kalsiumjoniherkkiä K+ ja Cl- efflux-teitä ja tämä johtaa kiihdytettyyn kaliumkloridin (KCl) ja solun veden verkkomenetykseen ja tästä johtuen volyymin korjaantumisen kiihtymiseen ja volyymiherkän tauriinin effluxtien inaktivoitumiseen.

Tauriini sitoutuu neutraaleihin fosfolipideihin ja sen takia vaikutaa membraanin ominaisuuksiin( arkkitehtuuriin, fluiditeettiin). Tauriini alentaa fosfolipidien kalsiumia sitovaa kykyä.

Miten tauriinin menetys/ poistaminen soluaitiosta RVD vasteen aikana koskee kalsiumjonien ja reaktiivisten happilajien signalointia on tuntematon seikka.

Lombardini demonstroi, että tauriinin depletiolla on suuri vaikutus palorypälehappodehydrogenaasiin(PDH) ja histoniin H2B ja jälkimmäinen voisi indisoida sitä, että tauriinilla on osuutta soluproliferaatiossa.

Hypotonista soluturpoamaa seuraa myös vähenemä tauriinin aktiivissa soluunotossa, mikä taas näyttää johtuvan solunulkoisen natriumjonin ja kloridijonin konsentraatioitten alenemasta sekä turpoaman indusoimasa plasmakalvon depolarisaatiosta. Fysiologisena seuraamuksena on että tauriinin uudestaan takaisinottaminen ( reuptake) on alentunut sillä aikaa, kun on menossa volyymiä säätelevä prosessi.

Hyvin vähän huomiota on kiinnitetty siihen mekanismiin, mikä sulkee volyymia säätelevän vasteen, joka akuutista hypotonisesta altistuksesta on seurannut, ja mitä tapahtuu solun signaalisysteemeille ja volyymiherkille kuljettajille , jos hypotoniset tilat pitkittyvät.

Ehrlichin ascites soluissa turpoamisen indusoimat kloridijonivirtaukset inaktivoituvat muutamassa minuutissa hypotonisen altistuksen jälkeen.

On ilmeistä, että volyymille herkän tauriinikanavan aktiivisuus alenee ja TauT kuljettajaproteiinin aktiivisuus kasvaa, kun solutilavuus ja kalvopotentiaali alkavat lähestyä alkuperäisiä arvojaan.

PLA2 ja 5-LO ilmeisimmin translokoituvat tumakalvolla sijaitseviin mikrodomaaneihin; täten volyymisensitiivisen tauriini tien sulkeutumiseen saattaisi kuulua paikallinen restriktio PLA2-substraatin saatavuudessa näissä mikrodomaaneissa.

Tätä hypoteesia puoltaa havainto siitä, että prekursorialtaan suureneminen parantaa kykyä suorittaa RVD-vasteita Ehrlichin soluissa.

On tehty havainto, että HeLA soluissa voi vasteen saada toistuvasti aikaan ja tämä voisi viitata siihen, että mikrodomaanit tai hot spots , joihin PLA2 ja 5-LO translokoituvat osmoottisessa altistumisessa, olisivat summittaisesti sijoittatuneena tumakalvolla substraattirestriktion välttämiseksi.

Signaalikaskadit, jotka käsittävät reseptorivälitteisiä vaiheita, voivat tulla epäherkemmiksi ligandille joko reseptorin desensitoitumisesta tai vaimennusäädöstä, kuten on osoitettu basofiilisilla leukemiasoluilla LTD4:n indusoimasta kalsiumjonin mobilisoimisesta.

Edelleen tutkitaan sitä, vaikuttaako todellakin pitkäaikainen hypotoninen altistus entsyymien tai volyymisensitiivisten kuljettajien ilmenemiseen turvotuksen indusoimassa signaaliketjussa.