The oxygen required to meet metabolic needs of all tissues is delivered by the erythrocyte, a small, flexible cell, which, in mammals, is devoid of a nucleus and mitochondria. Despite its simple appearance, this cell has an important role in its own distribution, enabling the delivery of oxygen to precisely meet localized metabolic need. When an erythrocyte enters in a hypoxic area, a signalling pathway is activated within the cell resulting in the release of ATP in amounts adequate to activate purinergic receptors on vascular endothelium, which trigger secretion of nitric oxide and other factors resulting in vasodilatation. Among other mechanisms, binding of deoxyhemoglobin to the cytoplasmic domain of the anion-exchange protein band 3 is probably involved in this pathway. The present study investigates the effect of amyloid β peptide exposure on this molecular mechanism. We report that deoxygenated human erythrocytes fail to release ATP following 24 h exposure to amyloid β peptide. Concurrently, amyloid β peptide induces caspase 3 activation. Preincubation of amyloid β peptide treated erythrocytes with a specific inhibitor of caspase 3 prevents amyloid-induced caspase 3 activation and restores the erythrocyte's ability to release ATP under deoxygenated conditions. Since the activity of red cell phosphofructokinase, a key step in glycolytic flux, is not modified within the red cell following amyloid peptide exposure, it is likely that ATP release reduction is not dependent on glycolytic flux alterations. It has also been suggested that the heterotrimeric G protein, Gi, and adenylyl cyclase are downstream critical components of the pathway responsible for ATP release. We show that cAMP synthesis and ATP release are not failed in amyloid-peptide-treated erythrocytes in response to incubation with mastoparan 7 or forskolin plus 3-isobutyl-1-methyl xanthine, agents that stimulate cAMP synthesis. In conclusion, these results indicate that amyloid β peptide inhibits ATP release from deoxygenated erythrocytes by activating red cell caspase 3, suggesting a pathophysiologic role for vascular amyloid peptide in Alzheimer's disease. L'oxygène requis pour combler les besoins métaboliques de tous les tissus est véhiculé par les érythrocytes, une petite cellule flexible qui, chez les mammifères, est dépourvue de noyau et de mitochondries. Malgré son apparence simple, cette cellule jour un rôle important dans sa propre distribution, permettant la libération d'oxygène pour combler précisément des besoins métaboliques localisés. Lorsqu'un érythrocyte entre dans une région hypoxique, une voie de signalisation est activée dans la cellule pour induire la libération d'ATP en quantité suffisante pour activer les récepteurs purinergiques de l'endothélium vasculaire qui amorcent la sécrétion d'oxyde nitrique et d'autres facteurs, résultant en une vasodilatation. Parmi d'autres mécanismes, la liaison de la déoxyhémoglobine au domaine cytoplasmique de la protéine de transport d'anions (bande 3) est probablement impliquée dans cette voie. Cette étude examine l'effet d'une exposition au peptide bêta-amyloïde sur ce mécanisme. Nous rapportons que les érythrocytes dépourvus d'oxygène ne peuvent libérer de l'ATP après une exposition de 24 h au peptide β-amyloïde. En même temps, le peptide β-amyloïde induit l'activation de la caspase 3. La préincubation d'érythrocytes traités au peptide β-amyloïde avec un inhibiteur spécifique de la caspase 3 prévient l'activation de la caspase 3 induite par l'amyloïde et rétablit la capacité de l'érythrocyte à libérer l'ATP en absence d'oxygène. Puisque l'activité de la phosphofructokinase du globule rouge, une enzyme clé de régulation de la glycolyse, n'est pas modifiée dans le globule rouge par une exposition au peptide amyloïde, il est probable que la réduction de la libération d'ATP ne dépende pas de modifications de la régulation de la glycolyse. Il semble que la protéine G hétérotrimérique Gi et l'adénylyl cyclase soient des composantes clés situées en aval du sentier, responsables de la libération de l'ATP.

Amyloid peptide inhibits ATP release from human erythrocytes

D. MASALA;
2008

Abstract

The oxygen required to meet metabolic needs of all tissues is delivered by the erythrocyte, a small, flexible cell, which, in mammals, is devoid of a nucleus and mitochondria. Despite its simple appearance, this cell has an important role in its own distribution, enabling the delivery of oxygen to precisely meet localized metabolic need. When an erythrocyte enters in a hypoxic area, a signalling pathway is activated within the cell resulting in the release of ATP in amounts adequate to activate purinergic receptors on vascular endothelium, which trigger secretion of nitric oxide and other factors resulting in vasodilatation. Among other mechanisms, binding of deoxyhemoglobin to the cytoplasmic domain of the anion-exchange protein band 3 is probably involved in this pathway. The present study investigates the effect of amyloid β peptide exposure on this molecular mechanism. We report that deoxygenated human erythrocytes fail to release ATP following 24 h exposure to amyloid β peptide. Concurrently, amyloid β peptide induces caspase 3 activation. Preincubation of amyloid β peptide treated erythrocytes with a specific inhibitor of caspase 3 prevents amyloid-induced caspase 3 activation and restores the erythrocyte's ability to release ATP under deoxygenated conditions. Since the activity of red cell phosphofructokinase, a key step in glycolytic flux, is not modified within the red cell following amyloid peptide exposure, it is likely that ATP release reduction is not dependent on glycolytic flux alterations. It has also been suggested that the heterotrimeric G protein, Gi, and adenylyl cyclase are downstream critical components of the pathway responsible for ATP release. We show that cAMP synthesis and ATP release are not failed in amyloid-peptide-treated erythrocytes in response to incubation with mastoparan 7 or forskolin plus 3-isobutyl-1-methyl xanthine, agents that stimulate cAMP synthesis. In conclusion, these results indicate that amyloid β peptide inhibits ATP release from deoxygenated erythrocytes by activating red cell caspase 3, suggesting a pathophysiologic role for vascular amyloid peptide in Alzheimer's disease. L'oxygène requis pour combler les besoins métaboliques de tous les tissus est véhiculé par les érythrocytes, une petite cellule flexible qui, chez les mammifères, est dépourvue de noyau et de mitochondries. Malgré son apparence simple, cette cellule jour un rôle important dans sa propre distribution, permettant la libération d'oxygène pour combler précisément des besoins métaboliques localisés. Lorsqu'un érythrocyte entre dans une région hypoxique, une voie de signalisation est activée dans la cellule pour induire la libération d'ATP en quantité suffisante pour activer les récepteurs purinergiques de l'endothélium vasculaire qui amorcent la sécrétion d'oxyde nitrique et d'autres facteurs, résultant en une vasodilatation. Parmi d'autres mécanismes, la liaison de la déoxyhémoglobine au domaine cytoplasmique de la protéine de transport d'anions (bande 3) est probablement impliquée dans cette voie. Cette étude examine l'effet d'une exposition au peptide bêta-amyloïde sur ce mécanisme. Nous rapportons que les érythrocytes dépourvus d'oxygène ne peuvent libérer de l'ATP après une exposition de 24 h au peptide β-amyloïde. En même temps, le peptide β-amyloïde induit l'activation de la caspase 3. La préincubation d'érythrocytes traités au peptide β-amyloïde avec un inhibiteur spécifique de la caspase 3 prévient l'activation de la caspase 3 induite par l'amyloïde et rétablit la capacité de l'érythrocyte à libérer l'ATP en absence d'oxygène. Puisque l'activité de la phosphofructokinase du globule rouge, une enzyme clé de régulation de la glycolyse, n'est pas modifiée dans le globule rouge par une exposition au peptide amyloïde, il est probable que la réduction de la libération d'ATP ne dépende pas de modifications de la régulation de la glycolyse. Il semble que la protéine G hétérotrimérique Gi et l'adénylyl cyclase soient des composantes clés situées en aval du sentier, responsables de la libération de l'ATP.
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