O cálcio liberado pelo receptor do inositol 1,4,5-trifosfato da isoforma III (ITPR3) ativa a formação de filamentos de actina nu-clear: uma nova via de sinalização com potencial teranóstico para o câncer

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Resumo

O cálcio (Ca2+) é um importante segundo mensageiro que atua em funções como proliferação, migração e regulação da expressão gênica. Esse íon é armazena-do em organelas celulares, como no retículo endoplasmático (RE) e envelope nucle-ar. A liberação deste íon no citoplasma tem início com a ativação de receptores de membrana, que por sua vez ativam as fosfolipases C (PLC). As PLCs hidrolisam o fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2), gerando diacilglicerol (DAG) e inositol 1,4,5-tri-fosfato (IP3). Em seguida, o IP3 se liga aos receptores de IP3 (ITPRs), promovendo a liberação de Ca2+ no citoplasma ou núcleo. No entanto, evidências indicam que o núcleo celular possui uma maquinaria de liberação de Ca2+, mas as funções do Ca2+ nuclear ainda são pouco conhecidas. O objetivo deste trabalho foi estudar a função e a interação do ITPR isoforma 3 (ITPR3) com a miosina não muscular IIa (MYH9) e a β-actina no núcleo. Inicialmente realizaram-se ensaios de Western Blot e de espec-trometria de massa nas frações nucleares das células U2OS WT e MDCK.2; que permitiram evidenciar a expressão e interação da β-actina (ACTB) com a MYH9 e o ITPR3. Paralelamente, foram realizados ensaios de imunofluorescência em células U2OS WT, MDCK, NIH/3T3, MzChA1 e MzChA KO para o ITPR3, onde observou-se a interação nuclear das MYH9, β-actina e o ITPR3. Posteriormente, ensaios de Ca2+ foram conduzidos em células U2OS WT e NIH/3T3 para avaliar a capacidade do Soro Fetal Bovino (SBF), ionomicina e fator do crescimento epidermal (EGF) como estimu-ladores da liberação de Ca2+ nuclear. Para elucidar o mecanismo de liberação do Ca2+ no núcleo, as células U2OS WT e NIH/3T3 foram transfectadas com a “Nuclear Actin Chromobody” (nAC), construção que possibilita a visualização dos filamentos de actina nucleares, estimuladas com os três agonistas e as imagens foram obtidas por microscopia. Em seguida, o ITPR3 foi silenciado em células U2OS nAC e NIH/3T3 nAC; ensaios de microscopia após estimular as células com os agonistas previamen-te descritos também foram realizados. Para corroborar esses resultados, efetuou-se o ensaio de Ca2+ e ensaio de formação de filamentos de actina nuclear em células U2OS WT infectadas com adenovírus que expressam somente a proteína fluorescente vermelha monomérica (mRFP), os tampões de IP3 com sinal de localização nucle-ar (mRPP-IP3-NLS) ou IP3 sinal de exclusão nuclear (mRPF-IP3-NES), seguidos de estimulação com EGF. Por fim, usou-se o banco de dados GEPIA2 para analisar a superexpressão de ITPR3, MYH9 e β-actina em diversos tipos de tumores. Em resumo, o estudo confirma, por múltiplas técnicas, a expressão e interação de ITPR3, MYH9 e β-actina no núcleo de várias linhagens celulares, além de demonstrar que o ITPR3 é responsável pela liberação de Ca2+ nuclear importante para a formação dos filamentos de actina nucleares. Essa via de sinalização pode estar envolvida na progressão tumoral, conferindo potencial valor teranóstico às proteínas estudadas.

Abstract

Calcium (Ca2+) is an important second messenger involved in functions such as proliferation, migration, and regulation of gene expression. This ion is stored in cellular organelles such as the endoplasmic reticulum (ER) and the nuclear envelope. Its release into the cytoplasm begins with the activation of membrane receptors, which in turn activate phospholipase C (PLC). PLCs hydrolyze phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP₂), generating diacylglycerol (DAG) and inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3). IP3 then binds to IP3 receptors (ITPRs), promoting Ca2+ release into the cytoplasm or nucleus. However, evidence indicates that the cell nucleus possesses its own machinery for Ca2+ release, though the functions of nuclear calcium remain poorly understood. The aim of this study was to investigate the function and interaction of ITPR isoform 3 (ITPR3) with non-muscular myosin IIa (MYH9) and β-actin in the nucleus. Initially, Western blot and mass spectrometry assays were performed on nuclear fractions of U2OS WT and MDCK.2 cells, revealing expression and interaction of β-actin (ACTB) with MYH9 and ITPR3. In parallel, immunofluorescence assays for ITPR3 were conducted in U2OS WT, MDCK, NIH/3T3, MzChA1, and MzChA1 KO cells, where nuclear interaction between MYH9, β-actin, and ITPR3 were observed. Subsequently, Ca2+ assays were performed in U2OS WT and NIH/3T3 cells to evaluate the ability of fetal bovine serum (FBS), ionomycin, and epidermal growth factor (EGF) to stimulate nuclear Ca2+ release. To elucidate the mechanism of nuclear Ca2+ release, U2OS WT and NIH/3T3 cells were transfected with the “Nuclear Actin Chromobody” (nAC), a construct that enables visualization of nuclear actin filaments. These cells were stimulated with the three agonists, and imaging was performed using microscopy. Next, ITPR3 was knockdown in U2OS nAC and NIH/3T3 nAC cells, followed by mycroscopy assays after stimulation with the same agonists. To corroborate these findings, a Ca2+ assay and nuclear actin filament formation assay were conducted in U2OS WT cells infected with adenoviruses expressing only monomeric red fluorescent protein (mRFP), nuclear-localized IP3 buffers (mRFP-IP3-NLS) or nuclear-excluded IP3 (mRFP-IP3-NES), followed by EGF stimulation. Finally, the GEPIA2 database was used to analyze the overexpression of ITPR3, MYH9, and β-actina in various types of tumors. In summary, the study confirms, using multiple techniques, the expression and interaction of ITPR3, MYH9, and β-actina in the nucleus of several cell lines. It also demonstrates that ITPR3 is responsible for nuclear calcium release, which is necessary for the formation of nuclear actin filaments. This signaling pathway may be involved in tumor progression, conferring potential theranostic value to the proteins studied.

Assunto

Bioquímica e imunologia, Cálcio, Citoesqueleto de Actina, Inositol1,4,5-Trifosfato, Miosina não Muscular Tipo IIA

Palavras-chave

nucleus, inositol 1,4,5-trisphosphate receptor isoform III (ITPR3), MYH9, ACTB (β-actin), calcium, actin filaments

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