ASK1 overexpression accelerates paraquat-induced autophagy via endoplasmic reticulum stress

Abstract

Apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) is activated by various types of stress, including, endoplasmic reticulum (ER) stress. ER stress–induced ASK1 activation could play an important role both in neuronal apoptosis and an autophagic response in the pathogenesis of several neurodegenerative diseases, including Parkinson's disease. The mechanism by which ASK1 executes apoptosis and/or autophagy under ER stress is still unclear. We have addressed this question using SH-SY5Y cells overexpressing wild-type (WT) ASK1. We show an important autophagic response and an acceleration of the paraquat (PQ)-induced autophagy with hallmarks as accumulation of autophagic vacuoles, activation of beclin-1, accumulation of LC3 II, p62 degradation, and mammalian target of rapamycin dephosphorylation. Inhibition of autophagy caused an exacerbation of the apoptosis induced by WT ASK1 overexpression with or without PQ. These data support the idea that the autophagic response could have a protector role. We found also an increase in the phosphorylation of the proteins such as IRE1 and eIF2α in response to both the overexpression of WT ASK1 and pesticide exposure. These data suggest that the WT ASK1 overexpression–induced autophagy is an event that occurs in parallel with ER stress activation. The importance of ER stress in the autophagy induced by ASK1 and/or PQ was confirmed with salubrinal, a selective inhibitor of eIF2α dephosphorylation. In conclusion, we report that PQ induces an early ER stress response that is correlated with the activation of autophagy as a protective response, which is accelerated in cells that overexpress WT ASK1. However, when the toxic stimuli remain, the cell eventually succumbs to apoptosis.

La quinasa 1 reguladora de la señal de apoptosis (ASK1) se activa mediante varios tipos de estrés, incluido el estrés del retículo endoplásmico (ER). La activación de ASK1 inducida por estrés en el RE podría desempeñar un papel importante tanto en la apoptosis neuronal como en una respuesta autofágica en la patogénesis de varias enfermedades neurodegenerativas, incluida la enfermedad de Parkinson. El mecanismo por el cual ASK1 ejecuta apoptosis y/o autofagia bajo estrés del RE aún no está claro. Hemos abordado esta cuestión utilizando células SH-SY5Y que sobreexpresan ASK1 de tipo salvaje (WT). Mostramos una importante respuesta autofágica y una aceleración de la autofagia inducida por paraquat (PQ) con características distintivas como acumulación de vacuolas autofágicas, activación de beclin-1, acumulación de LC3 II, degradación de p62 y objetivo de la desfosforilación de rapamicina en mamíferos. La inhibición de la autofagia provocó una exacerbación de la apoptosis inducida por la sobreexpresión de WT ASK1 con o sin PQ. Estos datos apoyan la idea de que la respuesta autofágica podría tener un papel protector. También encontramos un aumento en la fosforilación de proteínas como IRE1 y eIF2α en respuesta tanto a la sobreexpresión de WT ASK1 como a la exposición a pesticidas. Estos datos sugieren que la autofagia inducida por la sobreexpresión de WT ASK1 es un evento que ocurre en paralelo con la activación del estrés del ER. La importancia del estrés del ER en la autofagia inducida por ASK1 y/o PQ se confirmó con salubrinal, un inhibidor selectivo de la desfosforilación de eIF2α. En conclusión, informamos que PQ induce una respuesta temprana al estrés del RE que se correlaciona con la activación de la autofagia como respuesta protectora, que se acelera en las células que sobreexpresan WT ASK1. Sin embargo, cuando los estímulos tóxicos persisten, la célula finalmente sucumbe a la apoptosis.