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Role of p38α in the regulation of hepatocyte cytokinesis with age and during liver regeneration

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La familia p38 MAPK está constituida por un grupo de quinasas trasductoras de señales que responden a la hiperosmolaridad, la radiación ultravioleta, el choque térmico, la inhibición de la sínteis de proteínas, el estrés oxidativo y los mediadores de la inflamación. El papel de la ruta p38 MAPK durante la apoptosis, la respuesta inflamatoria y la inhibición del crecimiento y diferenciación celular es muy conocido, y ha sido objeto de revisión en numerosas ocasiones. Sin embargo, la función que desempeñan las p38 MAPKs en la regulación de la última etapa de la mitosis, es decir, la citoquinesis, es todavía desconocido. Las células poliploides son las que contienen más de dos comjuntos de cromosomas homólogos. Entre los diferentes mecanismos que desencadenan la aparición de células poliploides (tanto mononucleares como polinucleares), el fallo en la citoquinesis es el que habitualmente genera la poliploidía en los hepatocitos. En relación a ello, hemos observado que la ausencia de p38α en el hígado murino induce binucleación en los hepatocitos. De hecho, el incremento significativo en la binucleación hepática aparece tanto en condiciones basales, como tras la hepatectomía parcial y durante la cirrosis biliar en los ratones deficientes de p38α. Sin embargo, la reversión de la binucleación, conocida como reversión de la ploidía, no es una función que dependa exclusivamente de p38α. Además, la inducción de la binucleación en los hepatocitos mediada por la deficiencia de p38α está asociada con la disminución de la masa hepática relativa (peso del hígado/ peso del ratón) según los ratones son más viejos, y tras la hepatectomía parcial y la indución de la colestasis. Incluso los hepatocitos deficientes de p38α presentan numerosos marcadores de enlentecimiento mitótico. Todo ello nos conduce a proponer el papel de p38α en la regulación de la progresión mitótica y la citoquinesis durante el envejecimiento y la regeneración hepática. Por un lado, nuestros resultados sugieren la regulación, mediada por p38α, de la expresión de ciclinas, las cuales son necesarias para completar los diferentes puntos de control de la mitosis en los hepatocitos. Por otro lado, proponemos que la activación de MNK1 –necesaria para la división celular­‐ durante la citoquinesis está mediada por p38α. Además, nuestros hallazgos muestran el efecto de la ablación de p38α sobre la polimerización de la actina con la edad, en los hepatocitos: las deficiencias que aparecen en la polimeración de la actina tras la deficiencia de p38α también potencian el fallo de la citoquinesis debido a la inhibición de HSP27 y la inactivación de la vía de las Rho GTPasas. Igualmente, dado que dos de las principales funciones del hígado son el metabolismo y la detoxificación, las cuales generan especies reactivas del oxígeno; y considerando la relación que existe entre el estrés oxidativo y la inducción de la binucleación, en esta Tesis hemos querido determinar el estado REDOX tras la ablación de p38α. Como una aproximación inicial, y para demostrar que el estrés oxidativo puede ser causa de la binucleación, hemos estudiado el papel de las especies reactivas del oxígeno en la generación de hepatocitos binucleados durante el aislamiento de hepatocitos primarios murinos. Asimismo, hemos demostrado que el estrés oxidativo contribuye a la inducción de la binucleación en los hepatocitos durante su aislamiento. Por ello, el estado pro-­oxidante que exhiben los hígados deficientes de p38α podría estar influyendo en las altas tasas de binucleación hepática que presentan estos ratones. En conclusión, tanto la regulación del ciclo celular como la inducción de la binucleación son procesos mediados por p38α en los hepatocitos murinos. De este modo, los resultados de esta Tesis contribuyen al conocimiento más detallado de la poliploidización hepática, proporcionando información de gran interés en la clínica y en la investigación básica, aportando más datos que nos permitirán, en un futuro, aclarar los misterios de la regeneración hepática. The p38 MAPK family is an environmental stress transducer group of kinases that respond to hyperosmolarity, UV irradiation, heat shock, inhibition of protein synthesis, oxidative stress and numerous mediators of inflammation. The role of the p38 MAPK pathway in apoptosis, cell growth inhibition, cell differentiation, and inflammatory response is well established and has been broadly reviewed. However, the regulation of the last stage of the cell cycle, cytokinesis, by p38 MAPKs is not characterized yet. Polyploid cells contain more than two sets of homologous chromosomes. Among all the different mechanisms that may lead to polyploid cells (mononuclear or polynuclear shapes), cytokinesis failure is the one that generally occurs in hepatocytes. We observe that the absence of p38α in mouse liver induces hepatocyte binucleation. In fact, a significant increase in hepatocyte binucleation has been shown under basal conditions, after partial hepatectomy and during biliary cirrhosis in p38α knock out mice. However, binucleation reversal, also known as ploidy reversal, seems not to be essentially regulated by p38α. Moreover, induction of hepatocyte binucleation is associated with the reduction in relative liver mass (liver weight/body weight) upon age, after partial hepatectomy and during biliary cirrhosis. Indeed, p38α knock out hepatocytes exhibit numerous markers of mitotic delay. Thus, in this Thesis we propose a role for p38α in the regulation of the hepatocyte mitosis progression and cytokinesis upon age and during liver regeneration. On the one hand, our results suggest a p38α-­mediated regulation of cyclins expression that seems necessary to accomplish the mitotic checkpoints during hepatocytes’s replication and, on the other hand, they highlight the key role of MNK1, required for cell abcission and activated by p38α, in the regulation of hepatocyte cytokinesis. Interestingly, actin polymerization deficiencies in old p38α knock out hepatocytes could also enhance cytokinesis failure via HSP27 inhibition and Rho pathway inactivation. Furthermore, since two of the main functions of the liver are metabolism and detoxification -­involving reactive oxygen species generation‐, and considering the significant link between binucleation and oxidative stress generation, we have determined the REDOX status upon p38α deficiency. As an approach, we have studied the role of reactive oxygen species during binucleation induction in the isolation of murine primary hepatocyte. We demonstrate that oxidative stress contributes to hepatocyte binucleation in hepatocyte isolation and may play a role in the induction of binucleation under p38α absence in liver regeneration. In conclusion, the cell cycle control in hepatocytes and the induction of binucleation are regulated by p38α, establishing a better understanding of liver polyploidization, which is definitively needed for clinical research and provides more clues for the mystery of liver regeneration.