Pancreatic zymogen granules: new proteins in unexpected places

Abstract

Os mecanismos de biogénese, distribuição apical e secreção regulada de enzimas digestivas dos grânulos de zimogénio são, atualmente, pouco conhecidos. De modo a esclarecer e descrever estes processos de elevada importância biológica e clínica, é necessária uma melhor compreensão dos componentes da membrana granular e as funções e interações destes. Neste trabalho, através de uma abordagem proteómica, foi possível identificar novas proteínas granulares previamente associadas ao transporte vesicular sináptico. Para estudar as funções destas proteínas na génese e secreção de grânulos, foram realizados estudos de sobre-expressão, assim como estudos bioquímicos (1D, 2D, and LC-MS/MS) e morfológicos, utilizando céluas de mamífero. Entre as proteínas descobertas, cinco foram selecionadas e analisadas: RMCP-1, Piccolo, Synaptojanin-1, APP e ZG16p. Destas proteínas, confirmou-se a presença da RMCP-1 e APP nos grânulos de zimogénio. Interessantamente, o lectin ZG16p da secreção pâncreatico, encontra-se expressa no cérebro de rato, estando localizada nos terminais pós-sinápticos e em grânulos de RNA, indicando uma possível função desta proteína na formação das vesículas sinápticas. Finalmente, demonstrei que a formação de grânulos de zimogénio pode ser modulada, no modelo de células pancreáticas AR42J, pelas condições de cultura. Em contraste com as proteínas de carga neuroendocrinas, a sobreexpressão de proteínas de carga ou da membrana dos grânulos de zimogénio não foi suficiente para induzir a formação de grânulos ou de estruturas granulares em células constitutivamente secretoras, indicando diferenças na biogénese de grânulos neuroendócrinos e exócrinos.

The mechanisms of secretory granule biogenesis, apical sorting and regulated secretion of digestive enzymes in pancreatic acinar cells are not yet well understood. In order to shed light on these biologically and clinically important processes, a better molecular understanding of the components of the granule membrane, their functions and interactions is required. Using a proteomicsbased approach, novel granule proteins were identified, which have been previously described to be involved in synaptic vesicle biogenesis and trafficking. To elucidate the yet unknown functions of these proteins in zymogen granule biogenesis and secretion, overexpression studies as well as biochemical (1D, 2D, and LC-MS/MS) and morphological methods were applied to mammalian cells. Five proteins identified were selected for further evaluation: RMCP-1, Piccolo, Synaptojanin-1, APP and ZG16p. While RMCP-1 and APP were confirmed to be new zymogen granule proteins, the existence of Synaptojanin-1 and Piccolo in ZGs could not be verified. Interestingly, the pancreatic secretory lectin ZG16p was demonstrated to be expressed in rat brain, localizing to post-synapses and RNA granules suggesting a potential function in synaptic vesicle formation. I also demonstrated that ZG formation in AR42J cells, a pancreatic model system, can be modulated by altering the growth conditions in cell culture. In contrast to neuroendocrine cargo proteins, overexpression of ZG cargo and membrane proteins was not sufficient to induce ZG formation or granule-like structures in constitutively secreting cells pointing to differences in neuroendocrine and exocrine granule biogenesis.