Deciphering functions of aberrant hemichannels formed by connexin 26- I30N and D50Y mutations

Abstract

Cells need to communicate with each other for maintenance cellular and tissue homeostasis. Gap junctions are channel-forming structures that are formed by docking of two hemichannels on the plasma membrane of adjacent cells. Connexins are subunits of gap junctions. Connexin 26 (Cx26) is one of the connexin isoform and mutations on the Cx26 gene (GJB2) cause non-syndromic and syndromic deafness. Keratitis-ichthyosis-deafness (KID) syndrome is one of the syndromic deafness disorders caused by Cx26 mutations. Among these mutations, Cx26-I30N and D50Y missense mutations were shown to form aberrant hemichannels but their effect on protein biosynthesis and functions have not studied. In this study, we aimed to decipher in vitro functions of aberrant hemichannels formed by Cx26-I30N and D50Y mutations. First of all, the effect of Cx26-I30N and D50Y mutations on localization, mRNA expression and protein synthesis properties were investigated in HeLa, N2A and HaCaT cells. Results suggested that Cx26-I30N and D50Y mutants were not able to form gap junction plaques on the plasma membrane and were localized in the Golgi apparatus. In addition, mutations resulted in a reduction in mRNA expression and protein synthesis. After, functional analysis was performed in Cx26-I30N and D50Y transfected N2A and HaCaT cells. Internal Ca2+ content measurement, measurement of released ATP, measurement of cell size and apoptosis assays were performed. Ca2+ measurement results showed that both Cx26-I30N and D50Y mutations deregulate Ca2+ balance in both N2A and HaCaT cells. Result of ATP release assay indicated that ATP amount in the extracellular environment decreased in N2A cells having Cx26-I30N and D50Y clones. Finally, apoptosis assay showed that number of necrotic cells increased when N2A cells were transfected with Cx26-I30N and D50Y constructs. Therefore, it was shown that aberrant hemichannels formed by Cx26-I30N and D50Y mutations may induce necrotic cell death by disrupting Ca2+ balance and ATP amount in cells.

Hücresel ve doku dengeleşiminin devamı için hücreler arası iletişim şarttır. Oluklu bağlantılar kanal oluşturan yapılardır ve komşu hücrelerin, hücre zarındaki yarım kanalların birbirine bağlanması sonucu oluşurlar. Connexinler oluklu bağlnatıların yapı proteinleridir. Connexin 26 (Cx26) bir connexin formudur ve Cx26 geninde (GJB2) meydana gelen mutasyonlar sendromik ve sendromik olmayan sağirlığa sebep olur. Keratitis-ichthyosis-deafness (KID) Syndrome Cx26 gene mutasyonlarından dolayı meydana gelen bir sendromic hastalıktır. Bu mutasyonlardan Cx26-I30N ve D50Y yanlış anlam mutasyonları anormal çalışan yarım kanal oluşmasına sebep olmuşlardır. Fakat anormal çalışan kanalların protein biyosentezine ve fonksiyonuna etkileri bilinmemektedir. Bu çalışmada, Cx26-I30N ve D50Y mutasyonları tarafından oluşturulan yarım kanalların in vitro ortamda fonksiyonlarının belirlenmesi hedeflenmiştir. Ilk olarak, Cx26-I30N ve D50Y mutasyonlarının hücre içi lokalizasyon, mRNA ifadelenmesi ve protein sentez miktarlarına etkileri HeLa, N2A ve HaCaT hücrelerinde belirlenmiştir. Sonuçlarda, Cx26-I30N ve D50Y mutantları oluklu bağlantı oluşturamazken, Golgi aygıtında birikmiştir. Ayrıca, mutantların mRNA ifadeleri ve protein sentez miktarları düşmüştür. Daha sonra, Cx26-I30N ve D50Y mutasyonlarının fonksiyonel analizleri N2A ve HaCaT hücrelerinde yapılmıştır. Hücre içi Ca2+ ölçümü, salınmış ATP ölçümü, hücre boyutu ölçümü ve apoptosiz tahlili yapılan deneylerdendir. Ca2+ ölçümü göstermiştir ki Cx26-I30N and D50Y mutasyonları Ca2+ dengesini hem N2A hem de HaCaT hücrelerinde bozmaktadir. Ek olarak, salınmış ATP deneyi göstermiştir ki, hücre çevresindeki salınmış ATP miktarı içinde Cx26-I30N ve D50Y klonları olan N2A hücrelerinde düşmüştür. Son olarak yapılan apoptoziz deneyine göre, Cx26-I30N ve D50Y mutasyonlarını içeren N2A hücreleri nekroz olmuşlardır. Sonuçlar göstermiştir ki, anormal çalışan yarim kanallar Ca2+ ve ATP dengelerini bozarak, hücrelerin nekroz olmasına sebep olmuştur.