Study of Glutathione and S-glutathionylation in cell model of pathology characterized by redox imbalance

The control mechanism of cellular redox environment are thinly regulated, and are essential to keep the correct cellular homeostasis. The redox balance is maintain and it’s regulate by several antioxidant compounds. Glutathione (GSH) was considered principal cellular thiol buffer because it regulate intracellular thiols redox state. It is the main non-protein antioxidant and plays several essential role for cell survivor. It is a reducing cofactor for the mainly antioxidant enzyme and it is involved in sulphydryl group transfer to cysteine residues through S-glutathionylation. Protein S-glutathionylation is an important post-translational modification which occur both spontaneous or catalyzed by enzyme. Spontaneous glutathionylation allows to protect cysteine residues against irreversible oxidation during redox imbalance; enzymatic glutathionylation involved redox sensitive protein in specific cysteine residues to regulate protein activities and polymerization. This post-translation modification attend in redox signaling to regulate cellular pathway after environmental stimuli. Recently modifications in S-glutathionylation are been associated with a number of human pathologies, such as diabetes, cardio-vascular, lung and neurodegenerative diseases and cancer. Aims of this work was to investigate the role of cell redox imbalance through redox proteomic analyses in Cerebral Cavernous Malformations (CCMs) disease whose condition cause chronic oxidative stress. This disease has been associated with several mutations in KRIT gene and the protein encoded (Krit) plays an important role to maintaining cellular redox balance. In this work, for the first time, was examined relation between a chronic oxidative stress, glutathionylation as regulative modification and CCM disease. This results highlights about molecular mechanism in CCM diseases and may help to identification possible therapeutic target and/or markers.

I meccanismi di controllo dell’ambiente redox cellulare sono finemente regolati e sono essenziali per mantenere la corretta omeostasi delle cellule. Il bilanciamento redox cellulare viene mantenuto e controllato da una certa quantità di composti antiossidanti. Il glutatione (GSH) viene considerato il buffer tiolico della cellula per la sua proprietà di regolare lo stato redox dei tioli intracellulari. Esso ricopre diversi ruoli fondamentali per la sopravvivenza cellulare poiché è il più abbondante antiossidante non proteico nella cellula, funziona da cofattore riducente in moltissime reazioni enzimatiche ed è coinvolto nella cessione del gruppo sulfidrilico ai gruppi tiolici cisteinici delle proteine mediante la glutationilazione. La glutationilazione è un importante modifica post-traduzionale che può avvenire spontaneamente o essere regolata enzimaticamente. La glutationilazione spontanea si verifica durante uno sbilanciamento redox cellulare e ha lo scopo di proteggere i residui tiolici delle cisteine proteiche dall’ossidazione irreversibile, mentre la glutationilazione regolata enzimaticamente è un processo che coinvolge determinate proteine redox sensibili e solo determinati residui cisteinici delle stesse al fine di regolarne l’attività o il grado di polimerizzazione. Questa modifica post-traduzionale va a far parte del redox signalling cellulare poiché controlla una serie di pathway cellulari che vengono attivati in risposta a stimoli ambientali. Recentemente modifiche della S-glutationilazione sono state associate ad una serie di patologie umane, quali diabete, malattie cardio-vascolari, polmonari, malattie neurodegenerative e cancro. Scopo di questo lavoro è stato quello di investigare il ruolo dello sbilanciamento redox cellulare, valutandone gli effetti mediante analisi di redox proteomica, in ambito di una malattia genetica che causa malformazioni cavernose cerebrali (CCM) e la cui mutazione determina uno stato cronico di stress ossidativo. Questa patologia è stata associata ad alcune mutazioni trovate nel gene KRIT e la proteina codificata da questo gene gioca un ruolo importante nel mantenimento dei livelli redox della cellula. In questo lavoro per la prima volta viene esaminata la relazione che potrebbe sussistere tra lo stress cronico, la glutationilazione come modifica proteica regolativa e le CCM. I risultati ottenuti da questo studio gettano le basi per una migliore conoscenza a livello molecolare di questa patologia e possono essere di aiuto nell’identificare possibili target terapeutici e/o marker di malattia.