BK channel overexpression on plasma membrane of fibroblasts from Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome

In the skin cells of patients affected by Hutchinson-Gilford syndrome (a rare genetic disorder characterized by a clinical state of premature aging) we measured, via patch clamp and immunofluorescence imaging techniques, an increase in the number of BK ion channels, while the proliferative capacity decreased with a characteristic phenotype of senescence.

10.18632/aging.101621

Difa Authors/Autori DIFA: Isabella Zironi, Daniel Remondini, Gastone Castellani

In this in vitro study, human dermal fibroblast (hDF) cell cultures obtained from the dermal biopsy of subjects with the premature aging syndrome Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS) and from healthy subjects both young and old were used. Ionic channels are membrane proteins that, in response to certain stimuli, allow the passage of ions through the plasma membrane of cells. Large-conductance potassium (BK) channels are normally expressed on the plasma membranes of many cell types, including fibroblasts where they participate in the regulation of various cellular functions such as proliferation and motility.

To determine the number of BK channels expressed on the membrane of the recruited subjects we used: i) the patch clamp technique, which allows to quantify the contribution of a specific ion channel to the electrophysiological activity of the cell; ii) the live immunofluorescence imaging, which allows to visualize the channel proteins of interest in viable cells through an antibody conjugated with a fluorescent probe. To determine the contribution of BK channel activity on the proliferative capacity of hDFs obtained from different subjects, we quantified and compared the increase during aging of the channels number for each cell population.

The results obtained reveal that the number of BK channels in hDFs obtained from subjects with progeria syndrome is greater than those expressed in populations obtained by young and elderly. As a consequence, the proliferation of these cells is less than that observed in cells obtained from healthy young people. These results lead to the hypothesis that cells affected by progeria adopt strategies, such as the increase of BK channels, to simulate a state of senescence. In this way they can be recognized by the immune system and eventually eliminated.

Electrophysiological and immunohistochemical results in live cells obtained from the dermis of healthy subjects and of patients affected by HGPS.

Risultati elettrofisiologici e di immunoistochimica in cellule vive prelevate dal derma di soggetti sani e affetti da progeria di Hutchinson-Gilford

Sovraespressione del canale BK sulla membrana plasmatica di fibroblasti con sindrome progeria di Hutchinson-Gilford

La sindrome di Hutchinson-Gilford è un raro disordine genetico caratterizzato da uno stato clinico di invecchiamento precoce. Nelle cellule della cute dei pazienti affetti, con misure di patch clamp e di immunofluorescenza, il numero dei canali ionici BK aumenta, mentre la capacità proliferativa diminuisce acquisendo un fenotipo caratteristico della senescenza.

In questo studio in vitro sono stati utilizzate colture cellulari di fibroblasti del derma umani (hDF) ottenuti dalla biopsia del derma di soggetti affetti dalla sindrome di invecchiamento precoce Hutchinson-Gilford Progeria (HGPS) e da soggetti sani sia giovani che anziani. I canali ionici sono proteine di membrana che, in risposta a determinati stimoli, permettono il passaggio degli ioni attraverso la membrana plasmatica delle cellule.

I canali potassio a larga conduttanza (BK) sono normalmente espressi sulle membrane plasmatiche di molti tipi cellulari, compresi i fibroblasti dove partecipano alla regolazione di diverse funzioni cellulari come proliferazione e motilità. Per determinare il numero di canali BK espressi sulla membrana dei soggetti reclutati abbiamo utilizzato: i) la tecnica del patch clamp, che permette di quantificare il contributo di un determinato canale ionico all’attività elettrofisiologica della cellula; ii) la live-imaging immunofluorescenza, che permette di visualizzare tramite un anticorpo coniugato con un probe fluorescente la proteine canale di interesse in cellule vitali.

Per determinare il contributo dell’attività dei canali BK sulla capacità proliferativa dei hDFs ottenuti dai diversi soggetti, abbiamo quantificato e confrontato tra loro, l’aumento durante l’invecchiamento del numero di canali per ogni popolazione cellulare. I risultati ottenuti rivelano che il numero di canali BK nei hDFs ottenuti da soggetti affetti da sindrome progeria è maggiore rispetto a quelli espressi nelle popolazioni ottenute da giovani e anziani.

Come conseguenza la proliferazione di queste cellule è minore rispetto a quella osservata in cellule ottenute da giovani sani. Questi risultati portano a ipotizzare che le cellule affette da progeria adottino strategie, come l’aumento dei canali BK, per simulare uno stato di senescenza. In questo modo possono essere riconosciute dal sistema immunitario ed eventualmente eliminate.