Szlak HRI – eIF2α – ATF4 jako potencjalny mechanizm regulujący ekspresję genów szlaku syntezy seryny poprzez poziom hemu w pierwotnych ludzkich komórkach śródbłonka aorty

Zmiany metaboliczne prowadzą do przedwczesnego starzenia się komórek śródbłonka naczyniowego. To może powodować dysfunkcje tego organu, a następnie przyczynić się do rozwoju chorób sercowo-naczyniowych. Seryna i glicyna oraz ich biosynteza tworzą centralny ośrodek, który łączy różne szlaki metaboliczne, takie jak: glikoliza, metabolizm nukleotydów, synteza cytoprotekcyjnego glutationu. Wszelkie zmiany w biosyntezie tych aminokwasów mogą mieć poważne konsekwencje dla całego metabolizmu komórkowego. Synteza hemu jest kluczowa dla komórek śródbłonka. Dehydrogenaza 3-fosfoglicerynianowa (PHGDH) jest pierwszym enzymem szlaku syntezy seryny. Aminokwas ten jest substratem do produkcji glicyny - czyli substratu pierwszej reakcji szlaku syntezy hemu. Komórki śródbłonka pozbawione PHGDH charakteryzowały się między innymi wysokim stresem oksydacyjnym. Wszystkie efekty związane z brakiem PHGDH mogły być odwrócone po podaniu takim komórkom hemu. Komórki ludzkiego śródbłonka aorty (HAEC) zarówno po wyciszeniu oksygenaz hemowych, jak i po dodatkowej stymulacji heminą, miały obniżone poziomy mRNA kodujących białka szlaku syntezy seryny. Celem pracy magisterskiej było zbadanie, czy obserwowane zmiany ekspresji genów szlaku syntezy seryny w komórkach HAEC po wyciszeniu w nich oksygenaz hemowych lub stymulacji heminą są regulowane szlakiem HRI-eIF2α-ATF4. Przeprowadzone badania wskazują na to, że zaproponowany szlak może mieć duże znaczenie w regulacji ekspresji genów szlaku syntezy seryny w komórkach HAEC w odpowiedzi na wyższe stężenia hemu. Możliwe, że to właśnie między innymi wykorzystując ten szlak komórki śródbłonka szybko reagują na podwyższony poziom hemu, co w konsekwencji nie jest dla nich szkodliwe. Konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych eksperymentów, które umożliwią dokładniejszą analizę tego szlaku oraz poznanie szczegółowych zmian zachodzących w metabolizmie komórek śródbłonka w wyniku zmian wewnątrzkomórkowego poziomu hemu.

Metabolic changes lead to premature aging of vascular endothelial cells. It can cause dysfunctions of this organ and then contribute to the development of cardiovascular diseases. Serine and glycine and their biosynthesis form a central hub that connects various metabolic pathways such as glycolysis, nucleotide metabolism, and synthesis of cytoprotective glutathione. Any changes in the biosynthesis of those amino acids can have severe consequences for the entire cell metabolism. Heme synthesis is crucial for endothelial cells. 3-phosphoglycerate dehydrogenase (PHGDH) is the first enzyme in the serine synthesis pathway. This amino acid is a substrate for glycine production – a substrate of the first reaction in the heme synthesis pathway. Endothelial cells lacking PHGDH were characterized, among others, by high oxidative stress. All effects of a lack of PHGDH could be reversed after the administration of heme to those cells. Human aortic endothelial cells (HAEC), both after silencing heme oxygenases and after additional hemin stimulation, had reduced levels of mRNA encoding the serine synthesis pathway proteins. The master thesis aimed to investigate whether the HRI-eIF2α-ATF4 pathway regulates the observed changes in the expression of the serine synthesis pathway genes in HAEC cells after silencing heme oxygenases or stimulation with hemin. The conducted studies indicate that the proposed pathway may be of great importance in regulating the expression of serine synthesis pathway genes in HAEC cells in response to higher heme concentrations. It is possible that thanks to that pathway, endothelial cells quickly respond to elevated levels of heme, which, in consequence, is not harmful to them. It is necessary to carry out additional experiments that will allow for a more accurate analysis of this pathway and to learn the detailed changes occurring in the metabolism of endothelial cells as a result of changes in the intracellular heme level.