Silencing DJ-1 reveals its contribution in paraquat-induced autophagy

Abstract

The role of autophagy as a survival strategy of cells constitutes an emerging topic in the study of the pathogenesis of several diseases with autophagic changes being described in a number of age-related neurodegenerative disorders, including Parkinson’s disease (PD). Although the etiology of PD is still unknown, both environmental (for example, paraquat exposure) and genetic factors have been investigated as putative causes of the disease. In the latter case, mutations or changes in the protein DJ-1 have been reported to be associated with autosomal recessive, early-onset parkinsonism. In this paper we established a model system to study the involvement of the DJ-1 protein in paraquat-induced autophagy. When human neuroblastoma SH-SY5Y cells were transfected with DJ-1-specific small interfering RNAs and exposed to paraquat, we observed (i) sensitization additive with paraquat-induced apoptotic cell death, (ii) inhibition of the cytoplasmic accumulation of autophagic vacuoles as well as the recruitment of LC3 fusion protein to the vacuoles, (iii) exacerbation of apoptotic cell death in the presence of the autophagy inhibitor 3-methyladenine, and (iv) an increase in mammalian target of rapamycin phosphorylation. Taken together, these findings suggest an active role for DJ-1 in the autophagic response produced by paraquat, providing evidence for the role of PD-related proteins in the autophagic degradation pathway, a factor that should be considered in the design of potential therapies for the treatment of the disease.

El papel de la autofagia como estrategia de supervivencia de las células constituye un tema emergente en el estudio de la patogénesis de varias enfermedades, habiéndose descrito cambios autofágicos en varios trastornos neurodegenerativos relacionados con la edad, incluida la enfermedad de Parkinson (EP). Aunque la etiología de la EP sigue siendo desconocida, se han investigado factores ambientales (por ejemplo, la exposición al paraquat) y genéticos como posibles causas de la enfermedad. En este último caso, las mutaciones o cambios en la proteína DJ-1 se han asociado con el parkinsonismo autosómico recesivo de aparición temprana. En este trabajo establecimos un sistema modelo para estudiar la implicación de la proteína DJ-1 en la autofagia inducida por paraquat. Cuando las células humanas de neuroblastoma SH-SY5Y fueron transfectadas con pequeños ARN interferentes específicos de DJ-1 y expuestas al paraquat, observamos (i) sensibilización aditiva con la muerte celular apoptótica inducida por paraquat, (ii) inhibición de la acumulación citoplasmática de vacuolas autofágicas así como el reclutamiento de la proteína de fusión LC3 a las vacuolas, (iii) exacerbación de la muerte celular apoptótica en presencia del inhibidor de la autofagia 3-metiladenina, y (iv) un aumento de la fosforilación de la diana de rapamicina en mamíferos. En conjunto, estos hallazgos sugieren un papel activo de DJ-1 en la respuesta autofágica producida por el paraquat, proporcionando evidencia del papel de las proteínas relacionadas con la EP en la vía de degradación autofágica, un factor que debería ser considerado en el diseño de potenciales terapias para el tratamiento de la enfermedad.