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Leal Denis MF, Lefevre SD, Alvarez CL, Lauri N, Enrique N, Rinaldi DE, Gonzalez-Lebrero R, Vecchio LE, Espelt MV, Stringa P, Muñoz-Garay C, Milesi V, Ostuni MA, Herlax V, Schwarzbaum PJ. Regulation of extracellular ATP of human erythrocytes treated with α-hemolysin. Effects of cell volume, morphology, rheology and hemolysis. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res 2019; 1866:896-915. [PMID: 30726708 DOI: 10.1016/j.bbamcr.2019.01.018] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/02/2018] [Revised: 01/10/2019] [Accepted: 01/30/2019] [Indexed: 12/17/2022]
Abstract
Alpha-hemolysin (HlyA) of uropathogenic strains of Escherichia coli irreversibly binds to human erythrocytes (RBCs) and triggers activation of ATP release and metabolic changes ultimately leading to hemolysis. We studied the regulation of extracellular ATP (ATPe) of RBCs exposed to HlyA. Luminometry was used to assess ATP release and ATPe hydrolysis, whereas changes in cell volume and morphology were determined by electrical impedance, ektacytometry and aggregometry. Exposure of RBCs to HlyA induced a strong increase of [ATPe] (3-36-fold) and hemolysis (1-44-fold), partially compensated by [ATPe] hydrolysis by ectoATPases and intracellular ATPases released by dead cells. Carbenoxolone, a pannexin 1 inhibitor, partially inhibited ATP release (43-67%). The un-acylated toxin ProHlyA and the deletion analog HlyA∆914-936 were unable to induce ATP release or hemolysis. For HlyA treated RBCs, a data driven mathematical model showed that simultaneous lytic and non-lytic release mainly governed ATPe kinetics, while ATPe hydrolysis became important after prolonged toxin exposure. HlyA induced a 1.5-fold swelling, while blocking this swelling reduced ATP release by 77%. Blocking ATPe activation of purinergic P2X receptors reduced swelling by 60-80%. HlyA-RBCs showed an acute 1.3-2.2-fold increase of Ca2+i, increased crenation and externalization of phosphatidylserine. Perfusion of HlyA-RBCs through adhesion platforms showed strong adhesion to activated HMEC cells, followed by rapid detachment. HlyA exposed RBCs exhibited increased sphericity under osmotic stress, reduced elongation under shear stress, and very low aggregation in viscous media. Overall results showed that HlyA-RBCs displayed activated ATP release, high but weak adhesivity, low deformability and aggregability and high sphericity.
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Affiliation(s)
- M F Leal Denis
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Analítica, Cátedra de Química Química Analítica y Fisicoquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina
| | - S D Lefevre
- UMR-S1134, Integrated Biology of Red Blood Cells, INSERM, Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Université de la Réunion, Université des Antilles, F-75015 Paris, France.; Institut National de la Transfusion Sanguine, Laboratoire d'Excellence GR-Ex, F-75015 Paris, France
| | - C L Alvarez
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Intendente Güiraldes 2160 Buenos Aires, Argentina
| | - N Lauri
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica. Cátedra de Química Biológica Superior, Junín 956 Buenos Aires, Argentina
| | - N Enrique
- Universidad Nacional de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos (IIFP), Facultad de Ciencias Exactas, Calle 47 y 115 La Plata, Argentina.; Universidad Nacional de la Plata, Facultad de Ciencias Exactas, Departamento de Ciencias Biológicas, Cátedra de Fisiología, Calle 47, Casco Urbano, La Plata, Argentina
| | - D E Rinaldi
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Cátedra de Química Biológica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina
| | - R Gonzalez-Lebrero
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Departamento de Química Biológica, Cátedra de Química Biológica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina
| | - L E Vecchio
- Universidad Nacional de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos (IIFP), Facultad de Ciencias Exactas, Calle 47 y 115 La Plata, Argentina.; Universidad Nacional de la Plata, Facultad de Ciencias Exactas, Departamento de Ciencias Biológicas, Cátedra de Fisiología, Calle 47, Casco Urbano, La Plata, Argentina
| | - M V Espelt
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica. Cátedra de Química Biológica Superior, Junín 956 Buenos Aires, Argentina
| | - P Stringa
- Universidad Nacional de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos (IIFP), Facultad de Ciencias Exactas, Calle 47 y 115 La Plata, Argentina.; Universidad Favaloro, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería (IMETTyB), Av. Entre Ríos 495, Buenos Aires, Argentina.; Universidad Nacional de La Plata, Laboratorio de Trasplante de Órganos y Tejidos, Facultad de Ciencias, Calle 60 y 120, La Plata, Argentina
| | - C Muñoz-Garay
- Instituto de Ciencias Físicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Av. Universidad s/n, Cuernavaca, Mexico
| | - V Milesi
- Universidad Nacional de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos (IIFP), Facultad de Ciencias Exactas, Calle 47 y 115 La Plata, Argentina.; Universidad Nacional de la Plata, Facultad de Ciencias Exactas, Departamento de Ciencias Biológicas, Cátedra de Fisiología, Calle 47, Casco Urbano, La Plata, Argentina
| | - M A Ostuni
- UMR-S1134, Integrated Biology of Red Blood Cells, INSERM, Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Université de la Réunion, Université des Antilles, F-75015 Paris, France.; Institut National de la Transfusion Sanguine, Laboratoire d'Excellence GR-Ex, F-75015 Paris, France
| | - V Herlax
- Universidad Nacional de La Plata, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata (INIBIOLP) "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner", Facultad de Ciencias Médicas, Av. 60 y Av. 120, La Plata, Argentina.; Universidad Nacional de La Plata, Facultad de Ciencias Médicas, Av. 60 y Av. 120, La Plata, Argentina
| | - P J Schwarzbaum
- Universidad de Buenos Aires, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Instituto de Química y Fisico-Química Biológicas (IQUIFIB) "Prof. Alejandro C. Paladini", Facultad de Farmacia y Bioquímica, Junín 956 Buenos Aires, Argentina.; Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica. Cátedra de Química Biológica Superior, Junín 956 Buenos Aires, Argentina..
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Bravo A, Gómez I, Conde J, Muñoz-Garay C, Sánchez J, Miranda R, Zhuang M, Gill SS, Soberón M. Oligomerization triggers binding of a Bacillus thuringiensis Cry1Ab pore-forming toxin to aminopeptidase N receptor leading to insertion into membrane microdomains. Biochim Biophys Acta 2005; 1667:38-46. [PMID: 15533304 DOI: 10.1016/j.bbamem.2004.08.013] [Citation(s) in RCA: 266] [Impact Index Per Article: 14.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/06/2004] [Revised: 08/16/2004] [Accepted: 08/30/2004] [Indexed: 11/19/2022]
Abstract
Bacillus thuringiensis Cry1A toxins, in contrast to other pore-forming toxins, bind two putative receptor molecules, aminopeptidase N (APN) and cadherin-like proteins. Here we show that Cry1Ab toxin binding to these two receptors depends on the toxins' oligomeric structure. Toxin monomeric structure binds to Bt-R1, a cadherin-like protein, that induces proteolytic processing and oligomerization of the toxin (Gomez, I., Sanchez, J., Miranda, R., Bravo A., Soberon, M., FEBS Lett. (2002) 513, 242-246), while the oligomeric structure binds APN, which drives the toxin into the detergent-resistant membrane (DRM) microdomains causing pore formation. Cleavage of APN by phospholipase C prevented the location of Cry1Ab oligomer and Bt-R1 in the DRM microdomains and also attenuates toxin insertion into membranes despite the presence of Bt-R1. Immunoprecipitation experiments demonstrated that initial Cry1Ab toxin binding to Bt-R1 is followed by binding to APN. Also, immunoprecipitation of Cry1Ab toxin-binding proteins using pure oligomeric or monomeric structures showed that APN was more efficiently detected in samples immunoprecipitated with the oligomeric structure, while Bt-R1 was preferentially detected in samples immunoprecipitated with the monomeric Cry1Ab. These data agrees with the 200-fold higher apparent affinity of the oligomer than that of the monomer to an APN enriched protein extract. Our data suggest that the two receptors interact sequentially with different structural species of the toxin leading to its efficient membrane insertion.
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Affiliation(s)
- A Bravo
- Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Apdo. Postal 510-3, Cuernavaca 62250, Morelos, México.
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