Impact of ER stress and its reversion via chemical chaperones, on age- and proteostasis-associated pathways

Abstract

Aging remains to this day one of the unresolved biology areas of upmost importance and many age-related diseases are on the rise worldwide. One of aging major hallmarks, proteostasis, has several associated pathways across different segments which have not yet been fully detailed in various cell lines and are needed to better understand the underlying aging problem. Here, using a neuronal-like cell line such as SH-SY5Y, several ER stress biomarkers and proteostasis associated targets are evaluated under ER stress-induced environment through tunicamycin (TUN) or thapsigargin (TG) presence. The inclusion of neuroprotective agents such as TUDCA and homegrown compounds (HA compounds) were also included to better evaluate successful chemical reversion of ER stress and protein aggregation through target proteins. BAG3, ATF4, Calreticulin and pERK1/2 were some of the proteins included in this report as biomarkers for ER stress induction using protein or gene expression level analysis. ER stress was effectively induced with thapsigargin or tunicamycin across all target proteins. ATF4, calreticulin and pERK1/2 protein and/or gene expression values decreased after neuroprotective agents’ treatment. However, no ER stress reversion was achieved for GRP78 and BAG3. XBP1s achieved positive results only for tunicamycin-treated conditions. Overall, ER stress induction was partially or totally reverted with success by TUDCA and HA compounds in SH-SY5Y.

O envelhecimento permanece até hoje uma das áreas biológicas por resolver de maior importância. Muitas doenças associadas ao envelhecimento estão a aumentar de forma global. Uma característica principal associada ao envelhecimento é a proteostase, cujos diferentes componentes ainda não foram totalmente descritos em diferentes linhas celulares. Aqui, usando um modelo celular neuronal como as células SH-SY5Y, diversos biomarcadores de stress do retículo endoplasmático e de agregação proteica foram avaliados em ambientes de stress do RE induzidos por tunicamicina ou tapsigargina, bem como a sua reversão. A inclusão de agentes protetores (TUDCA) e reversores químicos da agregação proteica (compostos HA) foram incluídos para melhor avaliar essa mesma reversão do stress do RE. BAG3, ATF4, calreticulina e pERK1/2 foram algumas das proteínas incluídas nesta dissertação e a avaliação do stress do RE foi alcançada pela análise dos seus níveis de expressão proteicos e/ou génicos. A indução do stress do RE foi alcançada eficazmente tanto para a tapsigargina como para a tunicamicina, em todas as proteínas-alvo, nesta linha celular. ATF4, calreticulina e pERK1/2 foram diminuídas pela ação dos agentes protetores e, consequentemente, diminuiu o stress do RE. No entanto, para a GRP78 e BAG3, não se obtiveram resultados de reversão do stress do RE. XBP1s apenas alcançou resultados significativos de reversão no caso das condições tratadas com tunicamicina. Em suma, o stress do RE induzido por TG ou TUN foram revertidos parcialmente ou na sua totalidade com sucesso pelos agentes protetores nesta linha celular.