Die Rolle der Proteinkinase C im Apoptoseprogramm der Erythrozyten nach Glukosedepletion

Abstract

Schon aus früheren Studien ist bekannt, dass die Proteinkinase C in menschlichen Erythrozyten exprimiert wird und neben der Phosphorylierung von zytoskelettalen Proteinen auch Einfluss auf die zelluläre Integrität und die Funktion der Erythrozyten hat. Mit unseren Experimenten wollten wir herausfinden, welche Rolle und Funktion dieses Enzym bei der Regulation des programmierten Erythrozytentods spielt. Wie unsere Arbeit deutlich zeigt, kann der PKC im Apoptoseprogramm von Erythrozyten eine Schlüsselrolle zugeschrieben werden. So führen Stressoren, wie die Energiedepletion oder die Behandlung mit Phorbolestern, zu einer Aktivierung dieser Proteinkinase, welche dann in ihrem aktivierten Zustand den Kationenkanal auf direktem Weg phosphoryliert. Der durch die Phosphorylierung aktivierte Kanal öffnet sich und bedingt dadurch einen massiven Einstrom von Ca2+ in die Zelle, was daraufhin in der Aktivierung der Ca2+-sensitiven Scramblase mündet. Diese wiederum bewirkt die Exposition von Phosphatidylserin auf der Membranaußenseite. Weiterhin aktiviert Ca2+ den Ca2+-abhängigen K+-Kanal, was zum K+-Ausstrom und zur Schrumpfung der Zellen führt. Schrumpfung und Phosphatidylserinexposition werden dann als Signale erkannt, um die geschädigten Erythrozyten auszusortieren. Die Beobachtungen jedoch, dass Staurosporin den stimulierenden Effekt der Glukosedepletion auf die Erythrozytenapoptose nur teilweise hemmt und in Kontrast dazu den Anteil an Annexin-positiven Zellen nach Behandlung mit Okadaic acid vollständig unterbindet, wie auch die Versuche mit Okadaic acid unter Wegnahme von extrazellulärem Ca2+, führten uns zu dem Schluss, dass eine durch Energiedepletion hervorgerufene Annexin-Bindung nicht ausschließlich durch die Aktivierung der PKC hervorgerufen wird, sondern dass noch ein zweiter, davon unabhängiger Mechanismus existieren muss.

As has been established earlier, human erythrocytes contain protein kinase C (PKC). Besides its role in the phosphorylation of cytoskeletal proteins, this kinase also influences cytoskeletal integrity and erythrocyte functions. In the present study, we aimed to find out which role this enzym plays in the regulation of programmed cell death of erythrocytes (eryptosis). Our study clearly shows that PKC takes a key role in the eryptosis program. Different stressors, e. g. glucose depletion or treatment with phorbolesters, lead to stimulation of PKC alpha which in turn activates the non-specific cation channels in the erythrocyte membrane, presumably by direct phosphorylation of the channel proteins. The phosphorylated channel opens its cation pore, and the subsequent entry of Ca2+ leads to activation of a Ca2+-sensitive erythrocytic scramblase. This in turn effects the phosphatidylserine exposure on the erythrocyte surface. Beyond this, Ca2+ activates Ca2+-sensitive K+ channels leading to cell shrinkage through release of K+, Cl- and osmotically obliged water. Both hallmarks of eryptosis, i. e. shrinkage and phosphatidylserine exposure, are signals for clearing affected erythrocytes from circulating blood. Whereas okadaic acid-induced eryptosis was completely blocked by the PKC inhibitor staurosporine, eryptosis inhibition of glucose-depleted cells was only partial. This incomplete inhibitory effect of staurosporine on annexin binding of glucose-depleted cells points to additional mechanisms leading to erythrocyte programmed cell death after energy removal.