A Dissulfeto Isomerase Proteína (PDI) é uma chaperona redox essencial responsável pela inserção correta das ligações dissulfeto em proteínas nascentes no retículo endoplasmático. Nesta localização celular, bem como em outras regiões, como na superfície celular, a PDI atua na manutenção da homeostase redox e sinalização. Houve substanciosa evolução no conhecimento sobre a estrutura e funções da PDI, graças a estudos in vitro que utilizam a PDI purificada, quimeras ou seus domínios isolados. Nestas abordagens experimentais, as medidas das atividades redutase e chaperona da PDI são realizadas de forma relativamente simples. Entretanto, medir a atividade isomerase, que é a atividade autêntica da família das PDIs, é tecnicamente bastante complexo. Em células e tecidos, o papel da PDI tem sido descrito com base principalmente em estratégias experimentais de ganho e perda de função. Todavia, ainda há pouca informação na correlação entre os resultados funcionais com a medida das atividades da PDI. Este trabalho compila os principais métodos descritos para medir as quatro atividades da PDI: tiol redutase, tiol oxidase, tiol isomerase e chaperona, com ênfase na descrição de controles e interferentes críticos, como os tampões que contém surfactantes. Ainda, discutir-se-á criticamente os resultados obtidos quando da transposição destes métodos para amostras de homogenatos (celular ou tecidual) / Protein disulfide isomerase is an essential redox chaperone from endoplasmic reticulum, responsible for correct disulfide bond insertion in nascent proteins. At the endoplasmic reticulum and other locations including the cell surface, PDI accounts for redox homeostasis and signaling. Knowledge about PDI structure and function evolved substantially from in vitro studies using purified PDI and chimeras. In these experimental scenarios, PDI reductase and chaperone are readily approachable. However, isomerase activity, the hallmark of PDI family, is significantly complex. Assessment of PDI roles in cells and tissues mainly relies on gain- or loss-of-function experiments. However, there is limited information regarding correlation of these results with PDI activities. In this manuscript, we put together the main methods described for measuring the four PDI activities: thiol reductase, thiol oxidase, thiol isomerase and chaperone, with emphasis on controls and critical interferents, such as detergent-containing buffers. We also discuss the transposition of these methods from purified PDI to cellular or in vivo samples, with critical thoughts about the interpretation of results

A Dissulfeto Isomerase Proteína (PDI) é uma chaperona redox essencial responsável pela inserção correta das ligações dissulfeto em proteínas nascentes no retículo endoplasmático. Nesta localização celular, bem como em outras regiões, como na superfície celular, a PDI atua na manutenção da homeostase redox e sinalização. Houve substanciosa evolução no conhecimento sobre a estrutura e funções da PDI, graças a estudos in vitro que utilizam a PDI purificada, quimeras ou seus domínios isolados. Nestas abordagens experimentais, as medidas das atividades redutase e chaperona da PDI são realizadas de forma relativamente simples. Entretanto, medir a atividade isomerase, que é a atividade autêntica da família das PDIs, é tecnicamente bastante complexo. Em células e tecidos, o papel da PDI tem sido descrito com base principalmente em estratégias experimentais de ganho e perda de função. Todavia, ainda há pouca informação na correlação entre os resultados funcionais com a medida das atividades da PDI. Este trabalho compila os principais métodos descritos para medir as quatro atividades da PDI: tiol redutase, tiol oxidase, tiol isomerase e chaperona, com ênfase na descrição de controles e interferentes críticos, como os tampões que contém surfactantes. Ainda, discutir-se-á criticamente os resultados obtidos quando da transposição destes métodos para amostras de homogenatos (celular ou tecidual) / Protein disulfide isomerase is an essential redox chaperone from endoplasmic reticulum, responsible for correct disulfide bond insertion in nascent proteins. At the endoplasmic reticulum and other locations including the cell surface, PDI accounts for redox homeostasis and signaling. Knowledge about PDI structure and function evolved substantially from in vitro studies using purified PDI and chimeras. In these experimental scenarios, PDI reductase and chaperone are readily approachable. However, isomerase activity, the hallmark of PDI family, is significantly complex. Assessment of PDI roles in cells and tissues mainly relies on gain- or loss-of-function experiments. However, there is limited information regarding correlation of these results with PDI activities. In this manuscript, we put together the main methods described for measuring the four PDI activities: thiol reductase, thiol oxidase, thiol isomerase and chaperone, with emphasis on controls and critical interferents, such as detergent-containing buffers. We also discuss the transposition of these methods from purified PDI to cellular or in vivo samples, with critical thoughts about the interpretation of results

A Dissulfeto Isomerase Proteica (PDI) é uma chaperona ditiol-dissulfeto oxidoredutase da superfamília tiorredoxina que catalisa o enovelamento de proteínas secretadas ou de membrana por meio da introdução, redução ou isomerização de pontes dissulfeto. A PDI é primariamente localizada no lúmen do retículo endoplasmático, no entanto a presença de uma pequena fração da PDI na superfície celular e no meio extracelular tem sido documentada em diversos tipos celulares. Particularmente em plaquetas e células endoteliais, a PDI epi/pericelular (pecPDI) está envolvida em diversos processos incluindo ativação de plaquetas/trombose, infecções virais e remodelamento vascular. A ausência de PDI (e outras tiol isomerases) na circulação tem sido proposta como mecanismo para prevenir trombose na ausência de lesão vascular. No entanto, esta questão permanece obscura e existe pouca informação sobre a concentração circulante da PDI e outras tiol isomerases vasculares. Neste estudo, investigamos a ocorrência e implicações fisiológicas de um pool circulante de PDI em indivíduos saudáveis e validamos um ensaio para detecção da PDI. Os resultados mostraram um pool detectável de PDI no plasma por ELISA, confirmados por imunoprecipitação e ensaio de atividade (inibição da redução da sonda di-eosina-GSSG pela rutina, um inibidor específico da PDI). A concentração de PDI no plasma (mediana=330 pg/mL) indicam uma alta variabibilidade interindividual, com valores muito baixos/indetectáveis (plasmas pobres em PDI [PP-PDI], definidos como <= 330 pg/mL) até valores superiores a 1000 pg/mL (plasmas ricos em PDI [PR-PDI], designados como > 330 pg/mL). Por outro lado, um resultado importante foi o fato de que valores de PDI mostraram variabilidade intraindividual muito baixa ao longo do tempo, detectada através de medidas repetidas em diferentes ocasiões e/ou condições. A fração de PDI presente em micropartículas plasmáticas foi variável, mas em geral pequena em relação ao pool total de PDI. O pool da PDI no plasma está majoritariamente reduzido (60-80%) sem diferenças entre os grupos PP-PDI e PR-PDI. Importante, os valores de PDI associaram-se a distintos perfis proteômicos plasmáticos. Enquanto os PR-PDI se associaram preferencialmente a proteínas relacionadas a diferenciação celular, processamento de proteínas, funções housekeepings, entre outras, os PP-PDI mostraram expressão diferencial de proteínas associadas a coagulação, respostas inflamatórias e imunoativação. A atividade de plaquetas medida por agregação foi semelhante entre os indivíduos com PP-PDI vs. PR-PDI. No entanto, a PDI solúvel foi diminuída após agregação plaquetária na maioria dos indivíduos em ambos os grupos, sugerindo captura devida a exposição de moléculas adesivas. Em outras séries de experimentos, mostramos que tais perfis proteômicos plasmáticos se correlacionaram ao fenótipo e função endotelial. Células endoteliais em cultura incubadas com PP-PDI ou PR-PDI recapitularam padrões de expressão gênica e de secreção de proteínas similares aos perfis plasmáticos correspondentes. Além disso, as assinaturas proteômicas identificadas em ambos os tipos de plasma traduziram-se em distintas respostas funcionais endoteliais. Os PP-PDI promoveram comprometimento da adesão de células endoteliais à fibronectina e perturbaram o padrão de migração celular associado à reparação de lesão endotelial. Em contraste, os PR-PDI não afetaram significativamente a adesão celular e sustentaram um padrão de migração organizado. Em outra população de pacientes com eventos cardiovasculares, os valores de PDI no plasma (mediana= 35 pg/mL) foram significativamente inferiores aos de indivíduos saudáveis. Em conclusão, o pool detectável de PDI presente no plasma se associou a distintos perfis proteômicos e parece se comportar como um indicador/ marcador de assinaturas proteômicas relacionadas à função e sinalização endotelial. Este é o primeiro estudo descrevendo valores circulantes de PDI diretamente relacionados a distintos fenótipos endoteliais / Protein disulfide isomerase (PDI) is a dithiol-disulfide oxidoreductase chaperone from thioredoxin superfamily which catalyzes introduction, reduction or isomerization of disulfide bonds in nascent proteins, typically destined to extracellular secretion or membrane insertion. PDI is primarily located into the endoplasmic reticulum; however, there are clear evidences for the presence of a small PDI fraction at the cell surface and extracellular milieu in several cell types. Particularly in platelets and endothelial cells, such peri/epicellular pool of PDIA1 (pecPDI) is involved in distinct processes including platelet activation/thrombosis, viral infection and vascular remodeling. The absence of PDI (and other thiol isomerases) from circulating plasma has been proposed as a mechanism to prevent thrombogenesis in the absence of vascular injury. However, this question remains unclear, as there is little information on the circulating levels of PDI and other vascular thiol isomerases. Here we investigated the occurrence and physiological significance of a circulating pool of PDI in healthy humans. We validated an assay for detecting PDI in plasma of healthy individuals. The results showed a detectable pool of plasma PDI by ELISA, confirmed by immunoprecipitation and activity assay (dieosin-GSSG inhibitable by rutin, a specific PDI inhibitor). PDI levels (median= 330 pg/mL) exhibited high interindividual variability, ranging from undetectable/low (PDI-poor plasma, defined as <= 330 pg/mL) until 1000 pg/mL (PDI-rich plasma, > 330 pg/mL). Remarkably, opposite to interindividual variability, the intra-individual variability was quite low, so that values assessed under distinct conditions over time were close and reproducible. The majority (60-80%) of plasma PDI is in the reduced state, without any difference among individuals with PDIpoor and PDI-rich plasma. Importantly, plasma PDI levels could discriminate between distinct plasma proteome signatures, with PDI-rich plasma differentially expressing proteins related to cell differentiation, protein processing, housekeeping functions and others, while PDI-poor plasma differentially displayed proteins associated with coagulation, inflammatory responses and immunoactivation. Platelet activity assessed by aggregation was similar between PDI-poor vs. PDI-rich plasma. However, soluble PDI was decreased after platelet activation in both groups, suggesting sequestration of plateletderived PDI by its potential substrates. In other set of experiments, we showed that such protein signatures closely correlated with endothelial function and phenotype, since cultured endothelial cells incubated with PDI-poor or PDI-rich plasma recapitulated gene expression and secretome patterns in line with their corresponding plasma signatures. Furthermore, such signatures translated into functional responses, with PDI-poor plasma promoting impairment of endothelial adhesion to fibronectin and a disturbed pattern of wound-associated migration and recovery area. In contrast, PDI-rich plasma did not significantly affect cell adhesion and supported organized endothelial migration. In another dataset, patients with cardiovascular events had lower PDI levels (median= 35 pg/mL) vs. healthy individuals. In conclusion, a PDI pool detectable in plasma from healthy individuals is associated with distinct proteomic profiles and seems to behave as an indicator/marker of proteomic signatures related with endothelial function and signaling. This is the first study describing PDI levels as reporters of specific plasma proteome signatures directly promoting contrasting endothelial phenotypes and functional responses

Dissulfeto isomerase protéica (PDIA1 ou PDI) é uma chaperona e ditiol-dissulfeto oxido-redutase residente do reticulo endoplasmático (RE). PDI é essencial à regulação da proteostase por ter função no enovelamento oxidativo de proteínas e na via de degradação associada ao RE (ERAD). Além disso, PDI interage fisicamente e regula a atividade de NADPH oxidases, e fora da célula é um regulador redox essencial à atividade de proteínas extracelulares. Este pool epi/pericelular da PDI (pecPDI) regula função de proteínas de membrana/secretadas, como integrinas, glicoproteínas gp120 do virus HIV e outras, com múltiplas funções que incluem: trombose, ativação plaquetária, adesão celular, infecção viral e remodelamento vascular. A rota de externalização da PDI permanece obscura, e seu conhecimento pode indicar mecanismos dos efeitos (fisio)patológicos da PDI. A secreção da PDI pela rota RE-Golgi foi sugerida em células endoteliais infectadas pelo vírus da dengue, células pancreáticas e tireoideanas. No entanto, uma varredura sistemática das possíveis rotas de externalização da PDI não foi previamente realizada. Neste estudo, mostramos que células endoteliais (EC) externalizam constitutivamente, por rotas distintas, dois pools de PDI, de superfície celular e solúvel, enquanto na EC não estimulada PDI não foi detectada significativamente em micropartículas. PDI externalizada corresponde a ca.1,4% do pool total de PDI celular. Tanto a PDI de superfície celular como a solúvel foram majoritariamente secretadas pela via de secreção não-convencional do tipo IV independente de GRASP. Contudo, a via de secreção clássica também contribui para externalização basal da PDI de superfície celular, mas não da solúvel basal ou estimulada por PMA, ATP e trombina indicando que todas envolvem escape do Golgi. Além disso, a externalização constitutiva da PDI de superfície em célula muscular lisa vascular também ocorre por via independente de Golgi. Externalização da PDI não foi detectavelmente mediada pela secreção não-convencional do tipo I, II, III, lisossomos secretórios, endossoma de reciclagem e transporte ativo (dependente de ATP) em EC. Considerando que chaperonas são vias essenciais de resposta a estresses, investigamos o efeito de estresse do RE e choque térmico na pecPDI. Estresse do RE não altera a PDI de superfície celular, mas aumenta PDI solúvel. Ambos os pools de PDI não foram alterados por choque térmico, embora a recuperação desse estresse diminua a secreção de PDI. Estes dados sugerem que a liberação de PDI é um processo regulado, dependente da natureza do estresse. Bloqueio da síntese de proteínas com cicloheximida não altera pecPDI, indicando que PDI recém-sintetizada não é preferencialmente externalizada e que o tráfego da PDI independe de outras proteínas recém-sintetizadas. Um aspecto importante do estudo foi indicar uma resiliência da pecPDI à modulação individual de distintas vias secretoras, consistente com uma estrita auto-regulação e possibilidade de vias sinérgicas e complementares. Estes resultados indicam que a externalização da PDI de superfície e PDI secretada possam ser externalizadas por mecanismos independentes. Estes processos compõem um processo regulado estritamente, consistente com papel homeostático da pecPDI / Protein disulfide isomerase (PDIA1 or PDI) is dithiol-disulfide oxireductase chaperone resident in the endoplasmic reticulum (ER). PDI is essential for proteostasis, due to its support of oxidative protein folding and ER-associated protein degradation (ERAD). In addition, PDI associates with NADPH oxidase(s) and regulate its activity, while outside of the cell, PDI redox-dependently modulates extracellular proteins. This epi/pericellular PDI (pecPDI) pool is known to regulate membrane/secreted proteins such as integrins, HIV glycoprotein gp120 and others, with functions that involve thrombosis, platelet function, cell adhesion, viral infection and vascular remodeling. PDI externalization route remains enigmatic and its elucidation can help understand some (patho)physiological PDI effects. An ER-Golgi route for PDI secretion has been as described on dengue virus-infected endothelial cells pancreatic and thyroid) cells. However, none of these papers addressed PDI secretion routes in a systematic fashion. Here, we show that endothelial cells (EC) constitutively externalize, through different routes, two PDI pools, a cell-surface and a secreted one, while in nonstimulated ECs PDI was not significantly detected in microparticles. Externalized PDI corresponds to < 2% of total cellular PDI pool. Both cell-surface and soluble PDI were predominantly externalized through unconventional type IV GRASP-independent pathway(s). However, the classical secretory pathway also contributes to basal cell-surface, but not soluble, PDI externalization, as PMA, ATP or thrombin-stimulated secretion also involve Golgi bypass. Furthermore, constitutive cell-surface PDI externalization in vascular smooth muscle cells also occurs in a Golgi-independent way. PDI externalization was not detectably mediated by non-conventional type I, II and III secretion routes, secretory lysosomes, recycling endosomes and ATP dependent active transport in EC. Since chaperones are essential for cellular stress response, we assessed the effects of ER stress and heat-shock on pecPDI. ER stress did not affect cell-surface PDI but increased the soluble pool. Both PDI pools were unaltered by heat shock, while stress recovery decreased PDI secretion. These data suggest that PDI release is finely tuned and dependent on the type of stress. Blockade of protein synthesis with cycloheximide did not change pecPDI levels, suggesting that newly-synthesized PDI is not preferentially externalized and that PDI traffic does not require newly-synthesized proteins. An important aspect of the study was the evidence for pecPDI resilience to individual modulation of distinct secretion routes, consistent with strict auto-regulation and possible synergic or complementary pathways. Overall, our data suggest that cell-surface and secreted PDI pool externalization are regulated through independent mechanisms, which in both cases involve Type IV non-conventional routes, with some minor contribution of Golgi-dependent secretory pathway. These patterns compose a strictly regulated process, consistent with an important homeostatic role for pecPDI

Vias redox são importantes reguladores da homeostase e sinalização celular, mas o entendimento dos mecanismos desses processos é incompleto. Tiol-proteínas como a dissulfeto isomerase proteica (PDI) podem ser moduladores dessas vias. A PDI(PDIA1) é o protótipo da família das PDIs, cuja função canônica é o enovelamento redox de proteínas no retículo endoplasmático. Além disso, PDI exerce regulação de NADPH oxidases, as principais fontes de oxidantes celulares, e é necessária para ativação de RhoGTPases, organização do citoesqueleto e migração de células vasculares. No estudo de mecanismos pelos quais a PDI regula RhoGTPases, mostramos, em redes computacionais e em experimentos de co-imunoprecitação, associação entre PDIA1 e o regulador de RhoGTPases RhoGDIalfa. Além disso, identificamos forte proximidade entre os genes codificando estas proteínas. Neste estudo, caracterizamos o perfil e implicações desta sintenia gênica.A análise bioinformática pelos programs Ensembl, NCBI e UCSC evidencia um padrão de sintenia entre diferentes isoformas destas duas famílias: PDIA1 (P4HB), PDIA2 (PDIP) e PDIA8 (Erp27) são vizinhos, respectivamente, a RhoGDIbeta, RhoGDIy e RHOGDIalfa, com correspondentes regiões intergênicas de 7.1, 2.9 e 0.14 kb em distintos cromossomos em H. sapiens. O padrão dessa sintenia foi fortemente conservado emC. elegans, alguns peixes e uniformemente em anfíbios, répteis, aves e mamíferos. Leveduras expressam no mesmo cromossomo , porém em locais distantes (i.emacrossintenia) ortólogos da PDIA1 e RhoGDI?, mas não expressam outras PDIs e RhoGDIssintênicasnos eucariotos complexos. No entanto, sintenia entre PDI e RhoGDI foi também observada na planta A. thaliana, sem evidência de um ancestral comum. Os pares sintênicos associam-se a blocos vizinhos conservados, porém diversos para cada par, enquanto cada bloco contem um gene codificando um distinto regulador da PP1 (fosfatase proteica-1). Análise filogenética mostrou topologia semelhante entre as duas famílias.Análise dos dados do estudo ENCODE e predição pelo Softberry identificou sítios de ligação a fatores de transcrição comuns entre os distintos pares, cuja ontologia indicou principalmente desenvolvimento, processos metabólicos e resposta imune. O estudo de possíveis implicações funcionais dessa sintenia mostrou que manipulações da expressão proteica de PDIA1 não promovem mudança consistente na expressão proteica de RhoGDIalfa, tanto in vitro (silenciamento da PDI por siRNA e superexpressão por vetor lentiviral induzível) como in vivo (camundongo transgênico com superexpressão constitutiva da PDIA1). No entanto, as mudanças da expressãogênica de ambos os genes na camada íntima de artérias carótidas de camundongo durante remodelamento induzido por fluxo foram fortemente correlacionadas. Experimentos de coimunoprecipitação e co-localização à microscopia confocal sugeriram interação física entre PDIA1 e RhoGDIAalfa. Deste modo, estes dados mostram um intrigante padrão de conservação evolutiva da proximidade gênica entre PDIs e RhoGDIs, não usual em eucariotos. Genes sintênicos frequentemente codificam proteínas que tendem a interagir física e/ou funcionalmente. Com efeito, nosso dados sugerem co-regulação e interação física entre PDIA1 e RhoGDIAalfa, corroborando a convergência entre essas proteínas como possível mecanismo envolvido na regulação redox do citoesqueleto pela PDIA1 / Redox pathways are important regulators of homeostasis and cell signaling, but the understanding of the mechanisms of these processes is incomplete. Thiol proteins such as protein disulfide isomerase (PDI) can be modulators of these pathways. PDI (PDIA1) is the prototype of the family of PDIs whose canonical function is a redox protein folding in the endoplasmic reticulum. In addition, PDI exerts regulatory NADPH oxidase, the main sources of cellular oxidant, and is required for activation RhoGTPases, cytoskeletal organization and migration of vascular cells. In the study of mechanisms by which regulates PDI RhoGTPases, we showed in computer networks and co-imunoprecitation experiments association between PDIA1 and the regulator of RhoGTPases, RhoGDI?. In addition, we identified strong proximity of the genes encoding these proteins. In this study, we characterize the profile and implications of this synteny. .A bioinformatic analysis by programs Ensembl, NCBI and UCSC shows a pattern of synteny between different isoforms of these two families: PDIA1 (P4HB), PDIA2 (PDIP) and PDIA8 (Erp27) are neighbors , respectively RhoGDIalfa, and RhoGDIy RHOGDIbeta with corresponding intergenic regions 7.1, 2.9 and 0:14 kb in different chromosomes of H. sapiens. The pattern of this synteny was strongly maintained in C. elegans, some fish and evenly amphibians, reptiles, birds and mammals. Yeasts express on the same chromosome, but in distant places (i.e macrosintenia) orthologs of PDIA1 and RhoGDI?, but do not express other syntenics PDIs and RhoGDIs in complex eukaryotes. However, synteny between PDI and RhoGDI was also observed in the plant A. thaliana, no evidence of a common ancestor. The syntenic pairs are associated with the stored neighboring blocks, but different for each pair, while each block contains a gene encoding a regulator of distinct PP1 (protein phosphatase-1). Phylogenetic analysis showed similar topology between the two famílias. The identified binding sites common transcription factors between different pairs, which mainly indicated ontology development, metabolic and immune response. The study of possible functional implications of synteny showed that manipulations of PDIA1 protein expression do not promote consistent change in protein expression RhoGDI, both in vitro (silencing of PDI by siRNA and overexpression of inducible lentiviral vector) and in vivo (transgenic mice overexpressing constitutive of PDIA1). The study of possible functional implications of synteny showed that manipulations of PDIA1 protein expression do not promote consistent change in protein expression RhoGDIalfa, both in vitro (silencing of PDI by siRNA and overexpression of inducible lentiviral vector) and in vivo (transgenic mice overexpressing constitutive of PDIA1). However, changes of gene expression of both genes in the intima of mouse carotid arteries during remodeling induced by flow were strongly correlated. Immunoprecipitation experiments and co-location to confocal microscopy suggested physical interaction between PDIA1 and RhoGDIAalfa. Thus, these data show an intriguing pattern of evolutionary conservation of gene proximity between POIs and RhoGDIs not common in eukaryotes. sintênicos genes often encode proteins that tend to interact physically and / or functionally. Indeed, our data suggest co-regulation and physical interaction between PDIA1 and RhoGDIAalfa, supporting the convergence of these proteins as a possible mechanism involved in redox regulation of cytoskeleton by PDIA1

Vias redox são importantes reguladores da homeostase e sinalização celular, mas o entendimento dos mecanismos desses processos é incompleto. Tiol-proteínas como a dissulfeto isomerase proteica (PDI) podem ser moduladores dessas vias. A PDI(PDIA1) é o protótipo da família das PDIs, cuja função canônica é o enovelamento redox de proteínas no retículo endoplasmático. Além disso, PDI exerce regulação de NADPH oxidases, as principais fontes de oxidantes celulares, e é necessária para ativação de RhoGTPases, organização do citoesqueleto e migração de células vasculares. No estudo de mecanismos pelos quais a PDI regula RhoGTPases, mostramos, em redes computacionais e em experimentos de co-imunoprecitação, associação entre PDIA1 e o regulador de RhoGTPases RhoGDIalfa. Além disso, identificamos forte proximidade entre os genes codificando estas proteínas. Neste estudo, caracterizamos o perfil e implicações desta sintenia gênica.A análise bioinformática pelos programs Ensembl, NCBI e UCSC evidencia um padrão de sintenia entre diferentes isoformas destas duas famílias: PDIA1 (P4HB), PDIA2 (PDIP) e PDIA8 (Erp27) são vizinhos, respectivamente, a RhoGDIbeta, RhoGDIy e RHOGDIalfa, com correspondentes regiões intergênicas de 7.1, 2.9 e 0.14 kb em distintos cromossomos em H. sapiens. O padrão dessa sintenia foi fortemente conservado emC. elegans, alguns peixes e uniformemente em anfíbios, répteis, aves e mamíferos. Leveduras expressam no mesmo cromossomo , porém em locais distantes (i.emacrossintenia) ortólogos da PDIA1 e RhoGDI?, mas não expressam outras PDIs e RhoGDIssintênicasnos eucariotos complexos. No entanto, sintenia entre PDI e RhoGDI foi também observada na planta A. thaliana, sem evidência de um ancestral comum. Os pares sintênicos associam-se a blocos vizinhos conservados, porém diversos para cada par, enquanto cada bloco contem um gene codificando um distinto regulador da PP1 (fosfatase proteica-1). Análise filogenética mostrou topologia semelhante entre as duas famílias.Análise dos dados do estudo ENCODE e predição pelo Softberry identificou sítios de ligação a fatores de transcrição comuns entre os distintos pares, cuja ontologia indicou principalmente desenvolvimento, processos metabólicos e resposta imune. O estudo de possíveis implicações funcionais dessa sintenia mostrou que manipulações da expressão proteica de PDIA1 não promovem mudança consistente na expressão proteica de RhoGDIalfa, tanto in vitro (silenciamento da PDI por siRNA e superexpressão por vetor lentiviral induzível) como in vivo (camundongo transgênico com superexpressão constitutiva da PDIA1). No entanto, as mudanças da expressãogênica de ambos os genes na camada íntima de artérias carótidas de camundongo durante remodelamento induzido por fluxo foram fortemente correlacionadas. Experimentos de coimunoprecipitação e co-localização à microscopia confocal sugeriram interação física entre PDIA1 e RhoGDIAalfa. Deste modo, estes dados mostram um intrigante padrão de conservação evolutiva da proximidade gênica entre PDIs e RhoGDIs, não usual em eucariotos. Genes sintênicos frequentemente codificam proteínas que tendem a interagir física e/ou funcionalmente. Com efeito, nosso dados sugerem co-regulação e interação física entre PDIA1 e RhoGDIAalfa, corroborando a convergência entre essas proteínas como possível mecanismo envolvido na regulação redox do citoesqueleto pela PDIA1 / Redox pathways are important regulators of homeostasis and cell signaling, but the understanding of the mechanisms of these processes is incomplete. Thiol proteins such as protein disulfide isomerase (PDI) can be modulators of these pathways. PDI (PDIA1) is the prototype of the family of PDIs whose canonical function is a redox protein folding in the endoplasmic reticulum. In addition, PDI exerts regulatory NADPH oxidase, the main sources of cellular oxidant, and is required for activation RhoGTPases, cytoskeletal organization and migration of vascular cells. In the study of mechanisms by which regulates PDI RhoGTPases, we showed in computer networks and co-imunoprecitation experiments association between PDIA1 and the regulator of RhoGTPases, RhoGDI?. In addition, we identified strong proximity of the genes encoding these proteins. In this study, we characterize the profile and implications of this synteny. .A bioinformatic analysis by programs Ensembl, NCBI and UCSC shows a pattern of synteny between different isoforms of these two families: PDIA1 (P4HB), PDIA2 (PDIP) and PDIA8 (Erp27) are neighbors , respectively RhoGDIalfa, and RhoGDIy RHOGDIbeta with corresponding intergenic regions 7.1, 2.9 and 0:14 kb in different chromosomes of H. sapiens. The pattern of this synteny was strongly maintained in C. elegans, some fish and evenly amphibians, reptiles, birds and mammals. Yeasts express on the same chromosome, but in distant places (i.e macrosintenia) orthologs of PDIA1 and RhoGDI?, but do not express other syntenics PDIs and RhoGDIs in complex eukaryotes. However, synteny between PDI and RhoGDI was also observed in the plant A. thaliana, no evidence of a common ancestor. The syntenic pairs are associated with the stored neighboring blocks, but different for each pair, while each block contains a gene encoding a regulator of distinct PP1 (protein phosphatase-1). Phylogenetic analysis showed similar topology between the two famílias. The identified binding sites common transcription factors between different pairs, which mainly indicated ontology development, metabolic and immune response. The study of possible functional implications of synteny showed that manipulations of PDIA1 protein expression do not promote consistent change in protein expression RhoGDI, both in vitro (silencing of PDI by siRNA and overexpression of inducible lentiviral vector) and in vivo (transgenic mice overexpressing constitutive of PDIA1). The study of possible functional implications of synteny showed that manipulations of PDIA1 protein expression do not promote consistent change in protein expression RhoGDIalfa, both in vitro (silencing of PDI by siRNA and overexpression of inducible lentiviral vector) and in vivo (transgenic mice overexpressing constitutive of PDIA1). However, changes of gene expression of both genes in the intima of mouse carotid arteries during remodeling induced by flow were strongly correlated. Immunoprecipitation experiments and co-location to confocal microscopy suggested physical interaction between PDIA1 and RhoGDIAalfa. Thus, these data show an intriguing pattern of evolutionary conservation of gene proximity between POIs and RhoGDIs not common in eukaryotes. sintênicos genes often encode proteins that tend to interact physically and / or functionally. Indeed, our data suggest co-regulation and physical interaction between PDIA1 and RhoGDIAalfa, supporting the convergence of these proteins as a possible mechanism involved in redox regulation of cytoskeleton by PDIA1

Dissulfeto isomerase protéica (PDIA1 ou PDI) é uma chaperona e ditiol-dissulfeto oxido-redutase residente do reticulo endoplasmático (RE). PDI é essencial à regulação da proteostase por ter função no enovelamento oxidativo de proteínas e na via de degradação associada ao RE (ERAD). Além disso, PDI interage fisicamente e regula a atividade de NADPH oxidases, e fora da célula é um regulador redox essencial à atividade de proteínas extracelulares. Este pool epi/pericelular da PDI (pecPDI) regula função de proteínas de membrana/secretadas, como integrinas, glicoproteínas gp120 do virus HIV e outras, com múltiplas funções que incluem: trombose, ativação plaquetária, adesão celular, infecção viral e remodelamento vascular. A rota de externalização da PDI permanece obscura, e seu conhecimento pode indicar mecanismos dos efeitos (fisio)patológicos da PDI. A secreção da PDI pela rota RE-Golgi foi sugerida em células endoteliais infectadas pelo vírus da dengue, células pancreáticas e tireoideanas. No entanto, uma varredura sistemática das possíveis rotas de externalização da PDI não foi previamente realizada. Neste estudo, mostramos que células endoteliais (EC) externalizam constitutivamente, por rotas distintas, dois pools de PDI, de superfície celular e solúvel, enquanto na EC não estimulada PDI não foi detectada significativamente em micropartículas. PDI externalizada corresponde a ca.1,4% do pool total de PDI celular. Tanto a PDI de superfície celular como a solúvel foram majoritariamente secretadas pela via de secreção não-convencional do tipo IV independente de GRASP. Contudo, a via de secreção clássica também contribui para externalização basal da PDI de superfície celular, mas não da solúvel basal ou estimulada por PMA, ATP e trombina indicando que todas envolvem escape do Golgi. Além disso, a externalização constitutiva da PDI de superfície em célula muscular lisa vascular também ocorre por via independente de Golgi. Externalização da PDI não foi detectavelmente mediada pela secreção não-convencional do tipo I, II, III, lisossomos secretórios, endossoma de reciclagem e transporte ativo (dependente de ATP) em EC. Considerando que chaperonas são vias essenciais de resposta a estresses, investigamos o efeito de estresse do RE e choque térmico na pecPDI. Estresse do RE não altera a PDI de superfície celular, mas aumenta PDI solúvel. Ambos os pools de PDI não foram alterados por choque térmico, embora a recuperação desse estresse diminua a secreção de PDI. Estes dados sugerem que a liberação de PDI é um processo regulado, dependente da natureza do estresse. Bloqueio da síntese de proteínas com cicloheximida não altera pecPDI, indicando que PDI recém-sintetizada não é preferencialmente externalizada e que o tráfego da PDI independe de outras proteínas recém-sintetizadas. Um aspecto importante do estudo foi indicar uma resiliência da pecPDI à modulação individual de distintas vias secretoras, consistente com uma estrita auto-regulação e possibilidade de vias sinérgicas e complementares. Estes resultados indicam que a externalização da PDI de superfície e PDI secretada possam ser externalizadas por mecanismos independentes. Estes processos compõem um processo regulado estritamente, consistente com papel homeostático da pecPDI / Protein disulfide isomerase (PDIA1 or PDI) is dithiol-disulfide oxireductase chaperone resident in the endoplasmic reticulum (ER). PDI is essential for proteostasis, due to its support of oxidative protein folding and ER-associated protein degradation (ERAD). In addition, PDI associates with NADPH oxidase(s) and regulate its activity, while outside of the cell, PDI redox-dependently modulates extracellular proteins. This epi/pericellular PDI (pecPDI) pool is known to regulate membrane/secreted proteins such as integrins, HIV glycoprotein gp120 and others, with functions that involve thrombosis, platelet function, cell adhesion, viral infection and vascular remodeling. PDI externalization route remains enigmatic and its elucidation can help understand some (patho)physiological PDI effects. An ER-Golgi route for PDI secretion has been as described on dengue virus-infected endothelial cells pancreatic and thyroid) cells. However, none of these papers addressed PDI secretion routes in a systematic fashion. Here, we show that endothelial cells (EC) constitutively externalize, through different routes, two PDI pools, a cell-surface and a secreted one, while in nonstimulated ECs PDI was not significantly detected in microparticles. Externalized PDI corresponds to < 2% of total cellular PDI pool. Both cell-surface and soluble PDI were predominantly externalized through unconventional type IV GRASP-independent pathway(s). However, the classical secretory pathway also contributes to basal cell-surface, but not soluble, PDI externalization, as PMA, ATP or thrombin-stimulated secretion also involve Golgi bypass. Furthermore, constitutive cell-surface PDI externalization in vascular smooth muscle cells also occurs in a Golgi-independent way. PDI externalization was not detectably mediated by non-conventional type I, II and III secretion routes, secretory lysosomes, recycling endosomes and ATP dependent active transport in EC. Since chaperones are essential for cellular stress response, we assessed the effects of ER stress and heat-shock on pecPDI. ER stress did not affect cell-surface PDI but increased the soluble pool. Both PDI pools were unaltered by heat shock, while stress recovery decreased PDI secretion. These data suggest that PDI release is finely tuned and dependent on the type of stress. Blockade of protein synthesis with cycloheximide did not change pecPDI levels, suggesting that newly-synthesized PDI is not preferentially externalized and that PDI traffic does not require newly-synthesized proteins. An important aspect of the study was the evidence for pecPDI resilience to individual modulation of distinct secretion routes, consistent with strict auto-regulation and possible synergic or complementary pathways. Overall, our data suggest that cell-surface and secreted PDI pool externalization are regulated through independent mechanisms, which in both cases involve Type IV non-conventional routes, with some minor contribution of Golgi-dependent secretory pathway. These patterns compose a strictly regulated process, consistent with an important homeostatic role for pecPDI

O remodelamento vascular é um determinante fundamental do lúmen em doenças vasculares, porém os mecanismos envolvidos não estão completamente elucidados. Nós investigamos o papel da chaperona redox residente do retículo endoplasmático Dissulfeto Isomerase Proteica (PDI) e sua fração localizada na superfície celular (peri/epicelular=pecPDI) no calibre e arquitetura vascular durante reparação à lesão. Em artérias ilíacas de coelho submetidas à lesão in vivo, houve importante aumento do mRNA e expressão proteica (~25x aumento 14 dias pós-lesão vs. controle) da PDI. O silenciamento da PDI por siRNA (cultura de órgãos) acentuou o estresse do retículo e apoptose, diferentemente da inibição da pecPDI com anticorpo neutralizante (PDI Ab). Bloqueio in vivo da pecPDI por aplicação de gel perivascular contendo PDI Ab no 12° dia após lesão, com análise após 48 h, promoveu ca.25% redução no calibre vascular analisado por arteriografia e diminuição similar na área total do vaso detectada por tomografia de coerência óptica. Neste processo, não ocorreu alteração no tamanho da neoíntima, indicando assim, que PDI Ab acentuou remodelamento constrictivo. Neutralização da pecPDI promoveu importantes alterações na arquitetura da matriz de colágeno e citoesqueleto, resultando em fibras com orientação invertida e desorganizadas. Diminuição na produção de espécies reativas de oxigênio e óxidos de nitrogênio também ocorreu. Análise de propriedades viscoelásticas nas artérias indicou redução na ductilidade vascular, evidenciada pela menor distância para ruptura. As alterações subcelulares no citoesqueleto observadas in vivo após PDI Ab foram recapituladas em um modelo de estiramento cíclico em células musculares lisas vasculares, com importante redução na formação das fibras de estresse. Em modelo de migração randômica de células musculares lisas, a exposição a PDI Ab reduziu a resiliência de regulação da polaridade. Embora a neutralização da pecPDI não tenha afetado a atividade global de RhoA, ela promoveu alterações no padrão de marcação em resposta ao estiramento, na redistribuição de RhoA na superfície celular e na associação com regiões contendo caveolina. Além disso, em aterosclerose nativa em humanos, a expressão da PDI correlacionou-se inversamente com remodelamento constrictivo. Dessa forma, PDI é fortemente expressa após a lesão e sua fração peri/epicelular remodela a arquitetura da matriz e citoesqueleto, promovendo um efeito anti-remodelamento constrictivo / Whole-vessel remodeling is a critical lumen caliber determinant in vascular disease, but underlying mechanisms are poorly understood. We investigated the role of endoplasmic reticulum chaperone Protein Disulfide Isomerase(PDI) and cell-surface PDI(peri/epicellular=pecPDI) pool in vascular caliber and architecture during vascular repair after injury(AI). After rabbit iliac artery balloon injury, there was marked increase in PDI mRNA and protein (25-fold vs. basal at day 14AI), with increase in both intracellular and pecPDI. Silencing PDI by siRNA (organ culture) induced ER stress augmentation and apoptosis, contrarily to pecPDI neutralization with PDI-antibody(PDI Ab). PecPDI neutralization in vivo with PDIAb-containing perivascular gel from days 12-14AI promoted ca.25% decrease in vascular caliber at arteriography and similar decreases in total vessel circumference at optical coherence tomography, without changing neointima, indicating increased constrictive remodeling. PecPDI neutralization promoted marked changes in collagen and cytoskeleton architecture, with inverted fiber orientation and disorganization. Decreased ROS and nitrogen oxide production also occurred. Viscoelastic artery properties assessment showed decreased ductility, evidenced by decreased distance to rupture. Subcellular cytoskeletal disruption by PDI Ab was recapitulated in vascular smooth muscle cell stretch model, with marked decrease in stress fiber buildup. Also, PDI Ab incubation promoted decreased regulation resilience of vascular smooth muscle migration properties. While pecPDI neutralization did not affect global RhoA activity, there was altered RhoA redistribution to the cell surface and association with caveolin-containing clusters, which mislocalized after stretch. In human coronary atheromas, PDI expression inversely correlated with constrictive remodeling. Thus, strongly-expressed PDI after injury reshapes matrix and cytoskeleton architecture to support an anticonstrictive remodeling effect

O remodelamento vascular é um determinante fundamental do lúmen em doenças vasculares, porém os mecanismos envolvidos não estão completamente elucidados. Nós investigamos o papel da chaperona redox residente do retículo endoplasmático Dissulfeto Isomerase Proteica (PDI) e sua fração localizada na superfície celular (peri/epicelular=pecPDI) no calibre e arquitetura vascular durante reparação à lesão. Em artérias ilíacas de coelho submetidas à lesão in vivo, houve importante aumento do mRNA e expressão proteica (~25x aumento 14 dias pós-lesão vs. controle) da PDI. O silenciamento da PDI por siRNA (cultura de órgãos) acentuou o estresse do retículo e apoptose, diferentemente da inibição da pecPDI com anticorpo neutralizante (PDI Ab). Bloqueio in vivo da pecPDI por aplicação de gel perivascular contendo PDI Ab no 12° dia após lesão, com análise após 48 h, promoveu ca.25% redução no calibre vascular analisado por arteriografia e diminuição similar na área total do vaso detectada por tomografia de coerência óptica. Neste processo, não ocorreu alteração no tamanho da neoíntima, indicando assim, que PDI Ab acentuou remodelamento constrictivo. Neutralização da pecPDI promoveu importantes alterações na arquitetura da matriz de colágeno e citoesqueleto, resultando em fibras com orientação invertida e desorganizadas. Diminuição na produção de espécies reativas de oxigênio e óxidos de nitrogênio também ocorreu. Análise de propriedades viscoelásticas nas artérias indicou redução na ductilidade vascular, evidenciada pela menor distância para ruptura. As alterações subcelulares no citoesqueleto observadas in vivo após PDI Ab foram recapituladas em um modelo de estiramento cíclico em células musculares lisas vasculares, com importante redução na formação das fibras de estresse. Em modelo de migração randômica de células musculares lisas, a exposição a PDI Ab reduziu a resiliência de regulação da polaridade. Embora a neutralização da pecPDI não tenha afetado a atividade global de RhoA, ela promoveu alterações no padrão de marcação em resposta ao estiramento, na redistribuição de RhoA na superfície celular e na associação com regiões contendo caveolina. Além disso, em aterosclerose nativa em humanos, a expressão da PDI correlacionou-se inversamente com remodelamento constrictivo. Dessa forma, PDI é fortemente expressa após a lesão e sua fração peri/epicelular remodela a arquitetura da matriz e citoesqueleto, promovendo um efeito anti-remodelamento constrictivo / Whole-vessel remodeling is a critical lumen caliber determinant in vascular disease, but underlying mechanisms are poorly understood. We investigated the role of endoplasmic reticulum chaperone Protein Disulfide Isomerase(PDI) and cell-surface PDI(peri/epicellular=pecPDI) pool in vascular caliber and architecture during vascular repair after injury(AI). After rabbit iliac artery balloon injury, there was marked increase in PDI mRNA and protein (25-fold vs. basal at day 14AI), with increase in both intracellular and pecPDI. Silencing PDI by siRNA (organ culture) induced ER stress augmentation and apoptosis, contrarily to pecPDI neutralization with PDI-antibody(PDI Ab). PecPDI neutralization in vivo with PDIAb-containing perivascular gel from days 12-14AI promoted ca.25% decrease in vascular caliber at arteriography and similar decreases in total vessel circumference at optical coherence tomography, without changing neointima, indicating increased constrictive remodeling. PecPDI neutralization promoted marked changes in collagen and cytoskeleton architecture, with inverted fiber orientation and disorganization. Decreased ROS and nitrogen oxide production also occurred. Viscoelastic artery properties assessment showed decreased ductility, evidenced by decreased distance to rupture. Subcellular cytoskeletal disruption by PDI Ab was recapitulated in vascular smooth muscle cell stretch model, with marked decrease in stress fiber buildup. Also, PDI Ab incubation promoted decreased regulation resilience of vascular smooth muscle migration properties. While pecPDI neutralization did not affect global RhoA activity, there was altered RhoA redistribution to the cell surface and association with caveolin-containing clusters, which mislocalized after stretch. In human coronary atheromas, PDI expression inversely correlated with constrictive remodeling. Thus, strongly-expressed PDI after injury reshapes matrix and cytoskeleton architecture to support an anticonstrictive remodeling effect