The role of the interaction between tissue transglutaminase and nitric oxide in wound healing

Abstract

Yara iyileşmesinde TG2 enzimi iki fonksiyonlu bir rol oynar. Bir yandan transamidaz aktivitesiyle hücreler arası matrisin (HAM) sabitlenmesini düzenlerken, diğer yandan hücre adezyon molekülü olarak görev yaparak hücre göçünü arttırdığı görülmüştür. Bu süreçte nitrik oksit, serbest sistein rezidülerinin nitrosilasyonu yoluyla TG2'nin biyolojik aktivitesini değiştirerek oldukça önemli bir rol oynar. TG2 aktivitesinin NO tarafından engellenmesi, HAM'ın sentezlenmesinde ve aynı zamanda HAM'ı keserek hücre göçü ve adezyonunu düzenleyen MMP'lerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynayan TGF-ß1'in transkripsiyonel aktivitesinin bloke olmasına yol açtığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, TG2 enzimine bağlı olarak çalışan TGF-ß1 aktivasyonun ve NO'in bir çapraz bağlama enzimi olarak görev yapan TG2'yi etkileyerek hücre göçü üzerindeki etkisi incelenmiştir. Model hücre hattı olarak TG2 genini indüklenebilir bir şekilde tetrasiklin promoter kontrolü altında ifade eden Swiss 3T3 fibroblast hücre hattı kullanılmıştır. TG2 enziminin çapraz bağlama aktivitesinin NO donörü SNAP ve TG2 enzim inhibitörü tarafından inhibe edilerek fibroblast hücre göçünü arttırdığı yara yatağı ve transwell hücre göçü yöntemleriyle gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, TGF-ß1 fonksiyon bağlayıcı antikor kullanılarak TGF-ß1 enzim aktivitesinin engellenmesinin hücre göçünü arttırdığı yine bu yöntemler ışığında açıklığa kavuşturulmuştur. NO tarafından TG2'nin çapraz bağlama aktivitesinin durdurulması ve muhtemelen TG2'nin üç boyutlu yapısının değiştirilerek bir hücre adhezyon molekülü halini almasının fibroblast göçünü arttırdığı işaret edilmektedir. Bunlara ek olarak, MMP-2, MMP-9, MMP-1a, ve MMP-13 gen ifadelerinin analizleri ışığında NO'in TG2 çapraz bağlama enzimin aktivitesini engelleyerek TGF-ß1 yolağından sadece MMP-2 ve MMP-9 gen ifadelerinin azalmasına değil aynı zamanda MMP-1a ve MMP-13 gen ifadelerinin artmasına yol açtığı bu çalışmamız doğrultusunda gözlemlenmiştir.

Tissue transglutaminase (TG2) plays a bifunctional role in wound healing by catalyzing crosslinking reactions to mediate the stabilization of the extracellular matrix (ECM) and by acting as a cell adhesion protein to induce cell migration. In this process, nitric oxide (NO) plays a pivotal role by altering the biological activity of TG2 through nitrosylation of free cysteine residues. The neutralization of TG2 activity via NO blocks the transcriptional activity of TGF-ß1, which has an essential role in the synthesis of the ECM and the modulation of matrix metalloproteinases (MMP), and regulates cell adhesion and migration possibly through controlled ECM degradation. In this study, to further elucidate the effects of TG2 mediated TGF-ß1 activation and the role of NO in the control of TG2 cross-linking activity on cell migration, tet-off Swiss 3T3 fibroblasts stably transfected with TG2 cDNA were used as the cell model. Wound scratch and transwell migration assays performed in the presence of TG2 inhibitor, TGF-ß1 function blocking antibody, and NO donor S-Nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP) indicated that the migration of fibroblasts was significantly promoted by the inhibition of TG2 cross-linking activity. The nitrosylation of TG2 by NO possibly enforces a conformational change in TG2 causing the enzyme to function as a cell adhesion protein. Analysis of the gene expression levels of MMP-2, MMP-9, MMP-1a, and MMP-13 showed that the inhibition of TG2 activity by NO not only downregulates MMP-2 and MMP-9 but also upregulates MMP-1a and MMP-13 expression levels by the reduction of TGF-ß1 activity.