Het Peroxisomale Redoxorkest: Nieuwe Melodieën van Oude Moleculaire Spelers

Eukaryoot leven, bekeken vanuit een fysisch-chemisch perspectief, is een opmerkelijk fenomeen dat alle verwachtingen tart, aangezien het uitsluitend ontstaat door ogenschijnlijk ongunstige chemische reacties gedurende de evolutie. Dit fascinerende concept heeft echter een tol: het maakt organismen gevoelig voor veranderingen in hun omgeving. Als gevolg daarvan moeten cellen voortdurend streven naar het herstellen en handhaven van evenwicht. Een paradigmatisch voorbeeld hiervan is de cruciale interne balans tussen elektrofielen en nucleofielen, wat vaak wordt aangeduid als redoxhomeostase.

Peroxisomen spelen een cruciale rol bij het handhaven van de redoxbalans binnen de cel, vooral door hun rol in het metabolisme van waterstofperoxide. Desalniettemin blijft onze kennis van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan peroxisoomgemedieerde redox-gebeurtenissen beperkt. Het doel van dit project was om een dieper inzicht te krijgen in deze processen, met specifieke aandacht voor (i) het glutathionmetabolisme in peroxisomen en (ii) de rol van mogelijke peroxisomale redoxmetaboliettransporters bij het handhaven van het cellulair redoxevenwicht, met de nadruk op hun functie in peroxisomen.

In ons onderzoek naar het peroxisomaal glutathionmetabolisme hebben we een cellulair knockoutmodel gecreëerd voor GSTK1, de enige bekende glutathionverbruiker in peroxisomen bij zoogdieren. We hebben waargenomen dat na blootstelling aan oxidatieve omstandigheden het herstel van roGFP2, een fluorescerente sensor die gevoelig is voor redoxveranderingen en in evenwicht staat met het glutathionredoxkoppel, aanzienlijk trager verliep in ΔGSTK1-cellen. Het feit dat dit fenotype gered kon worden door de aanwezigheid van glutaredoxine-1 in peroxisomen, liet ons toe om te concluderen dat GSTK1 thiol-disulfideoxidoreductase-activiteit vertoont.

Vervolgens verschoof onze focus naar het transport van redoxactieve moleculen doorheen het peroxisomaal membraan. In eerste instantie maakten we gebruik van overexpressiemodellen om te onderzoeken of een geselecteerde groep van cofactortransporters die eerder waren geïdentificeerd in andere biologische membranen, ook aanwezig was in peroxisomen. Echter geen van de onderzochte proteïnen colokaliseerde met peroxisomale merkers. Daarna concentreerden we ons op het beter begrijpen van de functies van twee peroxisomale membraaneiwitten: SLC25A17 en PXMP4. Met behulp van cellulaire knockoutmodellen ontdekten we dat het uitschakelen van de expressie van SLC25A17 resulteerde in een reductie van de algehele peroxisomale redoxstatus en een verstoorde communicatie tussen de peroxisomale en cytosolische NADPH-pools. Deze observaties tonen aan dat SLC25A17 een belangrijke rol speelt in het handhaven van de peroxisomale redoxbalans. Daarnaast bekwamen we bewijs dat de inactivatie van PXMP4 leidde tot verlaagde cytosolische H2O2-niveaus, wat suggereert dat dit eiwit een rol speelt in het handhaven van de cellulaire redoxbalans. Ten slotte toonden onze studies van SLC25A17 aan dat de peroxisomale en cytosolische glutathionpools onafhankelijk worden onderhouden, wat vraagtekens plaatst bij de recente visie dat zowel gereduceerde als geoxideerde glutathionmoleculen vrij kunnen diffunderen doorheen het peroxisomale membraan.

Kort samengevat benadrukt ons onderzoek het complexe samenspel dat eerder is waargenomen tussen het peroxisomaal en cellulair redoxmetabolisme. Bovendien onthult het dat ook defecten in nog niet volledig functioneel gekarakteriseerde peroxisomale membraantransporters kunnen bijdragen aan intracellulaire redoxonevenwichten. Gezien het feit dat verstoringen in de intracellulaire redoxstatus nauw verbonden zijn met de gezondheid en functionaliteit van cellen, kunnen onze bevindingen anderen inspireren om nieuwe paden te verkennen voor de ontwikkeling van preventieve en therapeutische benaderingen voor de behandeling van dergelijke aandoeningen.