SIVA-1 role in neurons: a novel FAIM-L functional antagonist

Abstract

L'apoptosi és el principal tipus de mort cel·lular programada, essencial per al correcte desenvolupament de sistema nerviós. En l'adult, l'apoptosi en neurones s'ha relacionat amb malalties neurodegeneratives, però una activació de la maquinària apoptòtica també s'ha descrit necessària en esdeveniments reguladors no letals, com la plasticitat sinàptica i la degeneració axonal. L'activació de l'apoptosi, que culmina amb l'activació de les caspases efectores, està modulada per centenars de proteïnes. Un dels reguladors de l'apoptosi és la isoforma llarga de el gen de FAIM (FAIM-L), un antagonista de receptors de mort específic neuronal capaç de modular l'activació de caspases. FAIM-L duu a terme la seva activitat antiapoptòtica unint-se a XIAP, un inhibidor de les caspases. Els nivells de XIAP estan modulats per la via ubiquitina-proteasoma. La interacció de FAIM-L amb XIAP prevé la seva ubiquitinación i degradació, permetent així la seva activitat antiapoptòtica. Aquesta interacció també modula les funcions no apoptòtiques de les caspases, com l'endocitosi de el receptor AMPA (AMPAR), el principal mecanisme en la depressió sinàptica a llarg termini (LTD), i la degeneració axonal. Coneixem molt poc de les característiques estructurals de FAIM-L, que podrien aclarir el seu mecanisme d'acció molecular. Per completar el nostre estudi sobre FAIM-L, el nostre grup va realitzar un assaig two hybrid per detectar proteïnes que interactuen amb FAIM-L, i es va trobar una interacció funcional de SIVA-1 amb FAIM-L. SIVA-1 és una proteïna descrita com proapoptòtica i capaç d'interactuar amb XIAP. En aquest treball mostrem que SIVA-1 modula la funció FAIM-L a l'impedir la interacció de FAIM-L amb XIAP, promovent així la ubiquitinación de XIAP. A l'modular els inhibidors de l'apoptosi XIAP i FAIM-L, SIVA-1 indueix la mort cel·lular neuronal dependent de caspasa. A més, vam mostrar que SIVA-1 és un modulador de plasticitat sinàptica. Després de la inducció de LTD en un model neuronal in vitro, els nivells de proteïna SIVA-1 augmenten ràpidament i la seva sobreexpressió és suficient per induir la internalització depenent de caspasa de AMPAR. L'augment de SIVA-1 també està present durant la degeneració axonal, i la seva sobreexpressió accelera el procés de degeneració. En resum, amb el nostre estudi descrivim la funció de SIVA-1 en neurones. Proposem SIVA-1 com un modulador de caspases i, per tant, com un regulador crucial en la mort cel·lular i la plasticitat neuronal.

La apoptosis es el principal tipo de muerte celular programada, esencial para el correcto desarrollo del sistema nervioso. En el adulto, la apoptosis en neuronas se ha relacionado con enfermedades neurodegenerativas, pero una activación de la maquinaria apoptótica también se ha descrito como necesaria en eventos reguladores no letales, como la plasticidad sináptica y la degeneración axonal. La activación de la apoptosis, que culmina con la activación de las caspasas efectoras, está modulada por centenares de proteínas. Uno de los reguladores de la apoptosis es la isoforma larga del gen de FAIM (FAIM-L), un antagonista de receptores de muerte específico neuronal capaz de modular la activación de caspasas. FAIM-L lleva a cabo su actividad antiapoptótica uniéndose a XIAP, un inhibidor de las caspasas, cuyos niveles están modulados por la vía ubiquitina-proteasoma. La interacción de FAIM-L con XIAP previene su ubiquitinación y degradación, permitiendo así su actividad antiapoptótica. Esta interacción también modula las funciones no apoptóticas de las caspasas, como la endocitosis del receptor AMPA (AMPAR), el principal mecanismo en la depresión sináptica a largo plazo (LTD), y la degeneración axonal. Conocemos muy poco de las características estructurales de FAIM-L, que podrían aclarar su mecanismo de acción molecular.

Para completar nuestro estudio sobre FAIM-L, nuestro grupo realizó un ensayo two hybrid para detectar proteínas que interactúan con FAIM-L, y se encontró una interacción funcional de SIVA-1 con FAIM-L. SIVA-1 es una proteína descrita como proapoptótica y capaz de interactuar con XIAP. En este trabajo mostramos que SIVA-1 modula la función de FAIM-L al impedir la interacción de FAIM-L con XIAP, promoviendo así la ubiquitinación de XIAP. Al modular los inhibidores de la apoptosis XIAP y FAIM-L, SIVA-1 induce la muerte celular neuronal dependiente de caspasa. Además, mostramos que SIVA-1 es un modulador de plasticidad sináptica. Después de la inducción de LTD en un modelo neuronal in vitro, los niveles de proteína SIVA-1 aumentan rápidamente y su sobreexpresión es suficiente para inducir la internalización dependiente de caspasa de AMPAR. El aumento de SIVA-1 también está presente durante la degeneración axonal, y su sobreexpresión acelera el proceso de degeneración.

En resumen, con nuestro estudio describimos la función de SIVA-1 en neuronas. Proponemos SIVA-1 como un modulador de caspasas y, por lo tanto, como un regulador crucial en la muerte celular y la plasticidad neuronal.

Apoptosis is the main type of programmed cell death, essential for the correct development of nervous system. Even if in adult neurons apoptosis has been related to the pathology of neurodegenerative diseases, apoptotic machinery activation has been also described as necessary in non-lethal regulatory events, such as synaptic plasticity and axonal pruning. Apoptosis activation, which culminates with engagement of effector caspases, is modulated by hundreds of proteins. One of the regulators of apoptosis is the long isoform of Fas Apoptosis Inhibitory Molecule (FAIM-L), a neuronal specific death receptor antagonist shown capable to modulate neuronal caspase activation. FAIM-L carries out its anti-apoptotic activity by binding to X-linked Inhibitor of Apoptosis Protein (XIAP). XIAP is an inhibitor of caspases, and its levels are modulated by the ubiquitin-proteasome pathway. FAIM-L interaction with XIAP prevents its ubiquitination and degradation, allowing therefore its anti-apoptotic activity. This interaction also modulates non-apoptotic functions of caspases, such as the endocytosis of AMPA receptor (AMPAR), the main mechanism in long-term depression (LTD), and axonal pruning. To date consensus binding motifs of FAIM-L, which could shed light on its molecular mechanism of action, are unknown.

Our group performed a two-hybrid screening to discover novel FAIM-L-interacting proteins. We found a functional interaction of SIVA-1 with FAIM-L. SIVA-1 is a protein described as pro-apoptotic and able to interact with XIAP. In this work we show that SIVA-1 modulates FAIM-L function by disrupting the interaction of FAIM-L with XIAP, thereby promoting XIAP ubiquitination. By modulating the inhibitors of apoptosis XIAP and FAIM-L, SIVA-1 induces caspase-dependent neuronal cell death. Furthermore, we show SIVA-1 to be a novel modulator of synaptic plasticity. After induction of LTD in an in vitro neuronal model, SIVA-1 protein levels are rapidly increased, and SIVA-1 overexpression is sufficient to induce caspase-dependent internalization of AMPAR. SIVA-1 increase is also present during axonal pruning, and SIVA-1 overexpression accelerates the degeneration process.

In summary, our studies uncover a new functional partner of FAIM-L, SIVA-1. We propose SIVA-1 as a caspase modulator in neurons, and therefore to be a crucial regulator in neuronal cell death and plasticity.