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Mendoza-Salazar I, Fragozo A, González-Martínez AP, Trejo-Martínez I, Arreola R, Pavón L, Almagro JC, Vallejo-Castillo L, Aguilar-Alonso FA, Pérez-Tapia SM. Almost 50 Years of Monomeric Extracellular Ubiquitin (eUb). Pharmaceuticals (Basel) 2024; 17:185. [PMID: 38399400 PMCID: PMC10892293 DOI: 10.3390/ph17020185] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/26/2023] [Revised: 01/17/2024] [Accepted: 01/24/2024] [Indexed: 02/25/2024] Open
Abstract
Monomeric ubiquitin (Ub) is a 76-amino-acid highly conserved protein found in eukaryotes. The biological activity of Ub first described in the 1970s was extracellular, but it quickly gained relevance due to its intracellular role, i.e., post-translational modification of intracellular proteins (ubiquitination) that regulate numerous eukaryotic cellular processes. In the following years, the extracellular role of Ub was relegated to the background, until a correlation between higher survival rate and increased serum Ub concentrations in patients with sepsis and burns was observed. Although the mechanism of action (MoA) of extracellular ubiquitin (eUb) is not yet well understood, further studies have shown that it may ameliorate the inflammatory response in tissue injury and multiple sclerosis diseases. These observations, compounded with the high stability and low immunogenicity of eUb due to its high conservation in eukaryotes, have made this small protein a relevant candidate for biotherapeutic development. Here, we review the in vitro and in vivo effects of eUb on immunologic, cardiovascular, and nervous systems, and discuss the potential MoAs of eUb as an anti-inflammatory, antimicrobial, and cardio- and brain-protective agent.
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Affiliation(s)
- Ivette Mendoza-Salazar
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Departamento de Inmunología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Ana Fragozo
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Departamento de Inmunología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Aneth P González-Martínez
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Departamento de Inmunología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Ismael Trejo-Martínez
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Departamento de Inmunología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Rodrigo Arreola
- Subdirección de Investigaciones Clínicas, Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz, Calzada México-Xochimilco 101, Colonia San Lorenzo Huipulco, Tlalpan, Mexico City 14370, Mexico
| | - Lenin Pavón
- Laboratorio de Psicoinmunología, Dirección de Investigaciones en Neurociencias, Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz, Mexico City 14370, Mexico
| | - Juan C Almagro
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- GlobalBio, Inc., 320 Concord Ave, Cambridge, MA 02138, USA
| | - Luis Vallejo-Castillo
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Francisco A Aguilar-Alonso
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
| | - Sonia M Pérez-Tapia
- Unidad de Desarrollo e Investigación en Bioterapéuticos (UDIBI), Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Laboratorio Nacional para Servicios Especializados de Investigación, Desarrollo e Innovación (I + D + i) para Farmoquímicos y Biotecnológicos, LANSEIDI-FarBiotec-CONACyT, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
- Departamento de Inmunología, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Colonia Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340, Mexico
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Chu PY, Joshi MS, Horlock D, Kiriazis H, Kaye DM. CXCR4 Antagonism Reduces Cardiac Fibrosis and Improves Cardiac Performance in Dilated Cardiomyopathy. Front Pharmacol 2019; 10:117. [PMID: 30837882 PMCID: PMC6389782 DOI: 10.3389/fphar.2019.00117] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 2.2] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/06/2018] [Accepted: 01/31/2019] [Indexed: 01/05/2023] Open
Abstract
Background: Myocardial fibrosis is a key pathologic finding in the failing heart and is implicated as a cause of increased ventricular stiffness and susceptibility to ventricular arrhythmia. Neurohormonal mediators such as aldosterone and angiotensin II are known to cause fibrosis in experimental models, however, clinical evidence for the reversal of fibrosis with relevant antagonists is limited. Recent studies suggest that inflammatory mediators may contribute to fibrosis. In dilated cardiomyopathy the mechanism for myocardial fibrosis is unclear and its implications on systolic function are not known. Methods and Results: We studied the effect of a highly selective antagonist of SDF-1/CXCR4 signaling, AMD3100, on the development of cardiac fibrosis and cardiac function in mice with dilated cardiomyopathy due to cardiac-specific transgenic overexpression of the stress-kinase, Mst1. AMD3100 significantly attenuated the progression of myocardial fibrosis and this was accompanied by significant improvements in diastolic and systolic performance as evaluated in isolated Langendorff perfused hearts. AMD3100 reduced BNP mRNA expression but did not alter the expression of Ca2+ handling genes. CXCR4 antagonism also reduced the abundance of splenic CD4+ T cells. Conclusion: This study demonstrates that CXCR4 pathway contributes to pathogenesis of cardiac fibrosis in dilated cardiomyopathy, and it represents a new potential therapeutic target in heart failure. The data also demonstrate that anti-fibrotic strategies can improve systolic performance.
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Affiliation(s)
- Po-Yin Chu
- Heart Failure Research Group, Baker Heart and Diabetes Institute, Melbourne, VIC, Australia
| | - Mandar S Joshi
- Heart Failure Research Group, Baker Heart and Diabetes Institute, Melbourne, VIC, Australia
| | - Duncan Horlock
- Heart Failure Research Group, Baker Heart and Diabetes Institute, Melbourne, VIC, Australia
| | - Helen Kiriazis
- Experimental Cardiology Laboratory, Baker Heart and Diabetes Institute, Melbourne, VIC, Australia
| | - David M Kaye
- Heart Failure Research Group, Baker Heart and Diabetes Institute, Melbourne, VIC, Australia.,Department of Medicine, Monash University, Melbourne, VIC, Australia
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