Ο ρόλος της αλδεϋδικής αφυδρογονάσης 3Α1 (ALDH3A1) στην κυτταρική ομοιόσταση του κερατοειδούς
Authors: Βουλγαρίδου Γεωργία-Περσεφόνη 
Published: August 2021

Η αλδεϋδική αφυδρογονάση 3Α1 (ALDH3A1) είναι ένα NAD(P)+-εξαρτώμενο ένζυμο, το οποίο οξειδώνει διάφορες αλδεΰδες στα αντίστοιχα καρβοξυλικά τους οξέα. Στον κερατοειδή, η ALDH3A1 εκφράζεται με ταξο-ειδικό τρόπο και σε εξαιρετικά υψηλά ποσοστά στα θηλαστικά, φτάνοντας έως και το 50% των υδατοδιαλυτών πρωτεϊνών σε κάποια είδη. Λόγω του υψηλού ποσοστού έκφρασής της στον ιστό, η ALDH3A1 έχει χαρακτηριστεί ως κρυσταλλίνη και θεωρηθείται πως επιτελεί επιπλέον λειτουργίες πέραν του ενζυμικού της ρόλου. Ο στόχος της έρευνάς μας ήταν να διελευκάνουμε τον πιθανό ρόλο της ALDH3A1 ως μοριακού συνοδού, τους μηχανισμούς μέσω των οποίων επιτυγχάνει την αντι-οξειδωτική της δράση, αλλά και να αναγνωριστούν οι πιθανές πρωτεϊνικές της αλληλεπιδράσεις. Για τον λόγο αυτό προχωρήσαμε στην ετερόλογη έκφραση της ALDH3A1 σε E.coli. Συγκεκριμένα, εκφράστηκε σημαντική ποσότητα διαλυτής ALDH3A1 ως χιμαιρική με την πρωτεΐνη πρόσδεσης της μαλτόζης (MBP) μειώνοντας την θερμοκρασία επαγωγής στους 25°C. Επίσης, έκφραση της ALDH3A1 ως χιμαιρικής με το εξαπεπτίδιο ιστιδινών (6xHis) οδήγησε σε μικρή διαλυτότητα, κάτι το οποίο επιλύθηκε μέσω της συν-έκφρασης των μοριακών συνοδών GroES/GroEL και dnaK/dnaJ/GrpE. Η ανασυνδυασμένη ALDH3A1 στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκε σε μελέτες δραστικότητας μοριακού συνοδού. Παρουσία της ALDH3A1 απετράπη η κατακρήμνιση ή/και η απενεργοποίηση διάφορων μοντέλων-πρωτεϊνών υπό συνθήκες θερμικού και UVΒ επαγόμενου στρες. Επιπλέον, μετασχηματισμένα E. coli βακτήρια που εκφράζουν την ανθρώπινη ALDH3A1, εμφάνισαν αυξημένη αντοχή σε συνθήκες θερμικού στρες σε σύγκριση με τα βακτήρια-μάρτυρες. Για την μελέτη του ρόλου της ALDH3A1 προχωρήσαμε στην δημιουργία ενός ισογονιδιακού ζεύγους HCE-2 κυτταρικών σειρών το οποίο διέφερε μόνο στην έκφραση της ALDH3A1. Τα ALDH3A1/HCE-2 κύτταρα παρουσίασαν μειωμένο ρυθμό ανάπτυξης σε σχέση με τα mock/HCE-2. Επιπλέον, η ALDH3A1 προστατεύσε τα HCE-2 κύτταρα τόσο από τις κυτταροτοξικές, όσο και από τις γενοτοξικές επιδράσεις διαφόρων οξειδωτικών παραγόντων (H2O2, VP-16). Η προστατευτική δράση της ALDH3A1 συνοδευόταν από ιδιοστατική φωσφορυλίωση της ιστόνης H2AΧ σε βασικά επίπεδα και αυξημένη φωσφορυλίωσή της σε συνθήκες οξειδωτικού στρες. Επιπλέον, μελέτη της έκφρασης γονιδίων σχετιζόμενων με την κυτταρική απόκριση σε βλάβες του DNA αποκάλυψε πως οι δύο ισογονιδιακές σειρές HCE-2 παρουσιάζουν ένα σημαντικά διαφορετικό προφίλ έκφρασης, τόσο σε βασικά επίπεδα, όσο και υπό συνθήκες οξειδωτικού στρες. Συγκεκριμένα, τα γονίδια BRCA1, FEN1 και MAPK12 παρουσίασαν σημαντική υπερ-έκφραση, ενώ το γονίδιο CDKN1A (p21) βρέθηκε υπό-εκφρασμένο στα ALDH3A1/HCE-2 σε σύγκριση με τα mock/HCE-2 κύτταρα. Το πλεονέκτημα επιβίωσης σχετιζόμενο με την έκφραση της ALDH3A1 φάνηκε μάλιστα να επεκτείνεται και στην περίπτωση καρκινικών κυττάρων μαστού (MCF-7). Τέλος, εφαρμόζοντας τη τεχνική σάρωσης βιβλιοθήκης φάγων υποδείχθηκαν πιθανές πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις με την ALDH3A1. Ιδιαίτερο βιολογικό ενδιαφέρον παρουσιάζουν πρωτεΐνες όπως οι: SOX-30, GLIS1, Cyclin-Y-like protein, C15orf42, tribbles homolog 2 και heat shock protein beta-1. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής συντελούν στην σύνθεση της εικόνας της ALDH3A1 ως μια πολυπαραγοντική πρωτεΐνη που συμβάλει σημαντικά στην κυτταρική ομοιόσταση μέσω μιας πληθώρας λειτουργιών, ορισμένες από τις οποίες ήταν μέχρι στιγμής ανεπιβεβαίωτες ή ακόμη και άγνωστες.