Role of CFTR and MRP1 in determining intra-and extra- cellular glutathione in Calu-3 cells

• Main Author: Pavlovic, Cliff
• Other Authors: David H Eidelman (Supervisor1)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Biology - Molecular
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40733

Cystic Fibrosis (CF), the most common fatal genetic disorder, is due to mutations of the cystic fibrosis transmembrane regulator protein (CFTR). Loss of functional CFTR leads to mucus thickening with the consequences of chronic pulmonary infection and inflammation, the most common fatal complication of this disorder. This thesis aimed to examine one aspect of the pathophysiology of CF, the potential role of glutathione (GSH) and oxidant stress. CFTR is permeable to GSH, at least in vitro, where evidence of the ability of CFTR to transport GSH is strong. Furthermore, extracellular GSH is diminished in CF airway lining fluid and it has been hypothesized that deficiency of CFTR leads to higher intracellular GSH coupled with lower extracellular GSH. This would be consistent with the observation of low extracellular GSH in CF patients and increased resistance to apoptosis of CF cell lines, where falling intracellular GSH concentrations ([GSH]) are required to initiate apoptosis. In addition to CFTR, other channels transport GSH, including Multi-drug Resistance Protein 1 (MRP1) which has structural and functional homology to CFTR. Higher expression of MRP1 has been associated with fewer symptoms in CF patients, suggesting that MRP1 may contribute to CF pathophysiology. We therefore set out to study GSH at the cellular level, with or without functional CFTR, in an airway epithelial cell model. Given the importance of oxidant stress in CF, we tested whether cells were more susceptible to stress in the absence of CFTR function. We hypothesized that lack of CFTR function would increase intracellular and decrease extracellular [GSH]. We also hypothesized that MRP1 function would influence intracellular and extracellular [GSH]. Blockade of CFTR function in Calu-3 cells failed to alter either intra- or extracellular [GSH], independent of oxidant stress conditions, suggesting the channel was not a determinant of [GSH]. However, inhibition of other anion channels did increase === La fibrose kystique (FK) est causée par des mutations dans la protéine CFTR (pour « Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator »). La perte de fonction de CFTR mène à l’épaississement des muqueuses des voies respiratoires et l’avènement d’infections pulmonaires chroniques avec réponse inflammatoire, la cause primaire de mortalité chez les personnes affligées de FK. Cette thèse va examiner une partie de la pathophysiologie de la FK, celle du rôle du glutathion (GSH) et du stress oxydatif. Le CFTR est perméable au GSH et les données expérimentales in vitro suggèrent que le CFTR puisse transporter le GSH. De plus, le GSH extracellulaire est diminué dans le liquide de surface recouvrant les voies respiratoires des patients avec la FK et de cela découle l’hypothèse que la déficience en CFTR mène à une augmentation du GSH intracellulaire, avec une diminution concomitante du GSH extracellulaire. Cette hypothèse s’alignerait bien avec le bas taux de GSH extracellulaire observé chez les patients affectés par la FK et la résistance accrue contre l’apoptose vue dans les lignées cellulaires de la FK. Cette résistance découle du fait que la cellule a besoin d’une diminution de concentration de GSH ([GSH]) intracellulaire pour entamer le processus d’apoptose. À part du CFTR, il existe d’autres canaux membranaires qui transportent le GSH, tels que le Multi-drug Resistance Protein 1 (MRP1). Ce canal a une forte homologie structurelle et fonctionnelle avec le CFTR et son expression se trouve liée avec moins de symptômes cliniques chez les patients atteints de FK. Ces observations suggèrent que le MRP1 pourrait jouer un rôle important dans l’évolution de la physiopathologie de la maladie. Notre but est d’étudier l’état du GSH du point de vue de la cellule, avec ou sans stress oxydatif, dans une lignée de cellules épithéliales des voies respiratoires. Considérant l’importance du stress oxydatif dans la$