Resumen de Role of advanced glycation end products in titin mechanics

Agata Bak

• español

  Las modificaciones postraduccionales son cambios comunes que afectan a proteínas mediante, por ejemplo, la adición covalente de pequeñas moléculas. Dichas modificaciones tienen un gran rango de efectos y son capaces de modular la estabilidad y función de proteínas, o incluso sus propiedades mecánicas, lo cual ha sido relacionado con la fisiopatología de diversas patologías, incluyendo cáncer y enfermedades neurodegenerativas o cardiovasculares. Un tipo de estas modificaciones es la glicación espontánea, la cual ocurre por ejemplo durante el envejecimiento y en patologías como la diabetes. Se ha descrito que la glicación da lugar a la formación de productos de glicación avanzada (AGEs) capaces de generar entrecruzamientos intermoleculares entre proteínas extracelulares, lo cual contribuye a la rigidificación del tejido cardiaco en ambas situaciones. Sin embargo, la alteración de las proteínas extracelulares no es capaz de explicar por qué los propios cardiomiocitos envejecidos o diabéticos son intrínsicamente más rígidos. En este trabajo, hemos estudiado si la glicación de titina, la proteína de mayor tamaño codificada por el genoma humano y elemento clave respecto a la mecánica del sarcómero, altera sus propiedades mecánicas pudiendo contribuir a la rigidificación de cardiomiocitos. Nos hemos centrado en la glicación inducida por metilglioxal (MG), un importante agente que produce glicación en diabetes. Realizamos una caracterización mecánica de molécula individual mediante técnicas de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Nuestros resultados demuestran que el MG provoca una notable formación de entrecruzamientos intradominio en titina, causando un aumento de la rigidez de la proteína debido a la reducción de su longitud de contorno y al aumento de su cinética de plegamiento. Además, también mostramos que el MG aumenta la tensión pasiva de cardiomiocitos, una propiedad que depende directamente de las propiedades mecánicas de la titina. Mediante la ejecución de simulaciones de Monte Carlo, hemos sido capaces de proporcionar una explicación mecanicista al incremento de la rigidez de cardiomiocitos con relación a la titina, señalando la contribución fundamental de la reducción de la longitud de contorno de las regiones no estructuradas de titina al ser glicadas. Asimismo, hemos encontrado evidencia de que la glicación en titina aumenta en el miocardio envejecido, lo que sugiere que nuestras observaciones tienen relevancia patofisiológica. Nuestros resultados sugieren que la presencia de entrecruzamientos intradominio en proteínas puede afectar a las propiedades mecánicas de tejidos diabéticos y envejecidos

• English

  Post-translational modifications (PTMs) are common changes that occur to proteins by, for example, addition of small molecules. Those modifications have a wide range of effects and are able to modulate protein stability, localization, function or even their mechanical properties, which has been linked to the pathophysiology of various conditions, including cancer, neurodegeneration or cardiovascular diseases. One type of PTM is non-enzymatic glycation, which is a hallmark of aging and diseases like diabetes. It has been shown that glycation leads to formation of intermolecular crosslinking advanced glycation end products (AGEs) in extracellular proteins, which contribute to cardiac tissue stiffening observed in both situations. Nevertheless, the alteration of extracellular proteins cannot explain why increased rigidity is observed in diabetic or aged cardiomyocytes. Here, we have studied whether titin, the largest protein encoded by the human genome and a key contributor to cardiomyocyte mechanics, is the target of glycation that can affect its mechanical properties. We focused on glycation induced by methylglyoxal (MG), a major glycating agent in diabetes. Specifically, we have used singlemolecule nanomechanical profiling by Atomic Force Microscopy (AFM) to examine how MG-induced glycation affects the mechanics of titin domains. Our results demonstrate that MG leads to prominent formation of intradomain crosslinks in titin, which causes increased protein stiffness due to the reduction of its contour length and faster folding kinetics. We also show that MG increases cardiomyocyte passive tension, a parameter that is directly related to titin mechanical properties. By running Monte Carlo simulations, we were able to provide a mechanistic explanation for the increased titin-based cardiomyocyte stiffness, pointing to the fundamental contribution of contour length reduction in titin random coil regions upon glycation. We have also obtained evidence that titin glycation is increased in aged myocardium, suggesting that our observations can have pathophysiological relevance. We propose that the presence of intradomain crosslinks in proteins can contribute to changes in the mechanical properties of diabetic and aged tissues