Regulation of the cytoskeleton and the adhesiveness of intestinal epithelial cells by leukotriene D4

Abstract

Leukotrienes belong to a family of biologically active conjugated trienes that are formed from arachidonic acid via the 5-lipoxygenase pathway and are important mediators of inflammatory reactions. The CysLT1 receptor that specifically serves as receptor for leukotriene D4 (LTD4) has been identified as a G-protein coupled receptor.



Cell-cell and cell-matrix complexes of epithelial cells are interconnected through cytoskeletal filaments and proteins, and they influence the activities and outcome of various cellular processes. This thesis is focused primarily on the effect that LTD4 has on reorganisation of the actin cytoskeleton and on cell-cell and cell-matrix adhesion properties. We found that LTD4 caused dramatic changes in the actin cytoskeleton in intestinal epithelial cells, and an important factor in this context was the impact of this leukotriene on the actin-binding protein vinculin, which included inducing translocation of vinculin from a cell-cell to a cell-matrix complex.



In general, cell adhesion favours cell survival signalling, and integrins are the main receptors responsible for mediating the attachment of different types of cells to matrix proteins. We have unequivocally established that direct signalling occurs between the LTD4 receptor and the collagen integrins in two different cell lines respectively derived from human colon carcinoma and intestinal epithelial cells. Increased adhesion of the cancer cells depended on activation of cyclooxygenase-2, an enzyme that is involved in progression of colon cancers, whereas adhesion of the intestinal epithelial cells was augmented by LTD4-induced translocation of protein kinase C to areas where integrins bind to matrix proteins (focal adhesions). In conclusion, inflammatory mediators such as LTD4 can affect cell survival through their impact on specific integrins.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Inflammationsreaktioner kan utlösas i alla vävnader som ett generellt svar på olika stimuli. En defekt eller utebliven reaktion kan leda till svåra infektion sjukdomar. De olika stimuli som startar den inflammatoriska processen frisätter olika inflammationsmediatorer i vävnaden. Dessa kan vara lagrade i celler och frisätts till omgivningen. Vad gäller arachidonsyra produkter leder den initiala cellaktiveringen till enzymatisk nysyntes av t.ex. eicosanoider (leukotriener, prostaglandine och tromboxaner) från cellens fosfolipider i plasma membranet. De frisatta eicosanoiderna kan sedan delta i det inflammatoriska förloppet genom att verka som direkta mediatorer av det inflammatoriska svaret. De olika eicosanoiderna så som leukotriener kan ha olika effekter och synbar relevans för den inflammatoriska processen. Leukotriener som produceras av inflammatoriska celler i den inflammatoriska vävnaden, potentierar i hypersensitiva reaktioner.



För att eukaryota celler ska kunna behålla och ändra sin form, har de ett slags muskelliknande skelett inne i cellen bestående av proteiner/filamenter som sträcker sig genom cytoplasman. Detta komplexa nätverk kallas för cytoskelett. Det finns tre olika typer av protein filamenter som ingår i cytoskelettet: 1) actin filament, 2) mikrotubulus och 3) intermediär filament. Aktin filament är det mest förekommande filamentet i cellen och har stor betydelse för att cellen ska kunna ändra form och utseende som svar på de olika signaler som cellen tar emot. Aktin filamet är dessutom korsbunden till ett närverk, med hjälp av olika aktin bindande proteiner, och har två olika ändar, en långsamt växande ”minus ända” och en snabbt växande ”plus ända”. Aktin filament kan polymeriseras eller depolymeriseras beroende på olika stimuli, och olika enzymer och proteiner har specifika funktioner i den ovan nämnda processen.



Från våra tidigare studier vet vi att LTD4 ger upphov till en kalcium ökning bestående av både ett inflöde över plasma membran och en intracellulär frisättning, vi har nu visat att RhoA är involverad i den LTD4 inducerade kalcium ökning (delarbete IV). RhoA visade sig dessutom vara involverad i reglering av cellens utseende. Aktivering av RhoA genom LTD4 receptorn ändrade utseende på tunntarmepitelceller, genom att dessa bildade en form av ”stress fibrer” (delarbete III) och omlagring av aktin filamentet. Dessa cytoskelett förändringar var bestående av både ett snabbt växande aktin filament (polymerisering) som följdes av en långsam depolymerisering, där kalcium visade sig ha en viktig roll i den här processen (delarbete I). Eftersom plasma läckaget mellan cellerna vid inflammation kan påverka kontakten mellan cellerna så studerade vi om LTD4 kunde påverka cell-cell kontakten. Vi kunde visa att vinculin, som är ett aktin bindande protein, spelar en viktig roll i destabilisering av cell-cell adhesionen, och förstärkning av cell adhesionen till så kallade basalmembranet (delarbete II). Dessa cytoskelett förändringar och starka adhesion till basalmembranet kan tolkas som att cellen istället för att föröka sig, koncentrerar den sig på överlevnad.



Inflammationsreaktioner har också visat sig ha stor betydelse vid etablering av cancer, där flera antiinflammatoriska läkemedel, har en tumor hämmande effekt av cancer, och då speciellt i tjocktarmen. Integriner är en familj av adhesionsmolekyler som epitelceller använder sig av för att fästa sig till basalmembraner. Integriner anses även spela roll för cancercellers förmåga att bilda metastaser. För att undersöka om det finns något samband mellan inflammation och cancer, hade vi följande frågeställning: Kan man genom att hämma inflammationen motverka cancercellers spridning? Det visade sig att inflammations mediatorerna LTD4 och PGE2 reglerar adhesion molekyler så som integriner genom att öka cell adhesionen till basalmembranet i experiment gjorda med tjocktarmscancer celler i kultur (delarbete V). Resultatet visade att frisättning av inflammations mediatorerna leder till en ökad cell adhesion av cancerceller vid t.ex metastasering.



Huvudsyftet med det här arbetet var att studera cellens cytoskelett, och dess omstrukturering vid inflammatoriska tillstånd, samt det intracellulära signalsystemet som är kopplat till förändringar i cytoskelett relaterade proteiner.

• author: Massoumi, Ramin
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Johansson, Staffan, Uppsala
• organization: Department of Translational Medicine
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: oncology, Cytology, patologisk anatomi, Patologi (allmän), pathological anatomy, General pathology, PKC, vinculin, actin filament, focal adhesion, LTD4, integrin, cancerology, Cytologi, onkologi, cancer, Biochemistry, Metabolism, Biokemi, metabolism
• pages: 103 pages
• defense location: "Lilla Aulan", Medicinsk Forskningscentrum, Malmö University Hospital
• defense date: 2002-05-24 10:15:00
• ISBN: 91-628-5242-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: 1. Ramin Massoumi and Anita Sjölander., The inflammatory mediator leukotriene D4 triggers a rapid reorganisation of the actin cytoskeleton in human intestinal epithelial cells. European Journal of Cell Biology 75:185-191 (1998). Article: 2. Ramin Massoumi and Anita Sjölander., Leukotriene D4 affects localisation of vinculin in intestinal epithelial cells via distinct tyrosine kinase and protein kinase C controlled events. Journal of Cell Science 114:1925-1934 (2001). Article: 3. Charles Kumar Thodetti, Ramin Massoumi, Lene Bindslev, and Anita Sjölander., LTD4 induces activation and association of RhoA with a Gbg-PLCg1 complex in intestinal epithelial cells. Biochemical Journal. In press (2002). Article: 4. Ramin Massoumi, Christer Larsson, and Anita Sjölander., LTD4 induces stress fibre formation via activation of RhoA and PKC-delta in intestinal epithelial cells. Manuscript. Article: 5. Ramin Massoumi, Christian Kamp Nilsson, Denijal Azemovic, and Anita Sjölander., Leukotriene D4-induced cell adhesion is mediated through Prostaglandin E2 production and upregulation of alpha2 beta1 integrin in Caco-2 cells. Manuscript.
• id: 341c0402-d53e-4036-b40e-d32f5a6e2a9a (old id 464556)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:03:53
• date last changed: 2018-11-21 21:02:26