Hemoglobins to maintain cell energy status

Details Hemoglobins to maintain cell energy status Hemoglobins to maintain cell energy status

C - Chemistry, Metallurgy

12

N

C12N 15/00 (2006.01) C07K 14/415 (2006.01) C07K 14/805 (2006.01) C12N 1/20 (2006.01) C12N 15/82 (2006.01) A61K 35/12 (2006.01)

Patent

CA 2331772

Nonsymbiotic hemoglobins are broadly present across evolution; however, the function of these proteins is unknown. Cultured maize cells have been transformed to constitutively express a barley hemoglobin gene in either the sense (HB+) or antisense (HB-) orientation. Hemoglobin protein in the transformed cell lines was correspondingly higher or lower than in wild type cells under normal atmospheric conditions. Limiting oxygen availability, by placing the cells in a nitrogen atmosphere for 12 hours, had little effect on the energy status of cells constitutively expressing hemoglobin, but had a pronounced effect on both wild type and HB- cells, where ATP levels declined by 27 % and 61 % respectively. Energy charge was relatively unaffected by the treatment in HB+ and wild type cells, but was reduced from 0.91 to 0.73 in HB- cells suggesting that the latter were incapable of maintaining their energy status under the low oxygen regime. Similar results were observed with P. aeruginosa cells transformed with an Hb expression vector. It is suggested that nonsymbiotic hemoglobins act to maintain the energy status of cells in low oxygen environments and that they accomplish this effect by promoting glycolytic flux through NADH oxidation, resulting in increased substrate level phosphorylation. Nonsymbiotic hemoglobins are likely ancestors of an early form of hemoglobin that sequestered oxygen in low oxygen environments, providing a source of oxygen to oxidize NADH to provide ATP for cell growth and development. This in turn suggests that cells containing increased levels of Hb protein will survive longer under low oxygen tension or high energy demand.

Bien qu'à travers les âges, les hémoglobines non symbiotiques aient toujours été largement présentes, leur fonction est inconnue. On a transformé des cellules de maïs cultivées, afin qu'elles expriment de manière constitutive un gène d'hémoglobine d'orge soit dans une orientation sens (HB<+>), soit dans une orientation antisens (HB<->). Le taux de la protéine hémoglobine dans les lignées cellulaires transformées a été, de manière correspondante, supérieur ou inférieur à celui de cellules de type sauvage, dans des conditions atmosphériques normales. La limitation de la disponibilité en oxygène, par placement des cellules dans une atmosphère azotée pendant 12 heures, a eu peu d'effet sur l'état énergétique des cellules exprimant de manière constitutive l'hémoglobine, mais a eu un effet prononcé à la fois sur les cellules de type sauvage et sur les cellules HB<->, dans lesquelles les niveaux d'ATP diminuèrent respectivement de 27 % et 61 %. La charge énergétique a été relativement peu affectée par ce traitement, dans les cellules HB<+> et de type sauvage, mais elle a été réduite de 0,91 à 0,73 dans des cellules HB<->, laissant supposer que ces dernières étaient incapable de maintenir leur état énergétique sous régime faible en oxygène. On a observé des résultats similaires avec des cellules de P. aeruginosa transformées à l'aide d'un vecteur d'expression Hb. On pense que les hémoglobines non symbiotiques agissent pour conserver l'état énergétique des cellules dans des environnements pauvres en oxygène, et qu'elles accomplissent cela en favorisant le flux glycolytique par oxydation de NADH, ce qui résulte en une phosphorylation accrue du substrat. Des hémoglobines non symbiotiques ressemblent à des ancêtres d'une forme précoce d'hémoglobine qui séquestraient l'oxygène, dans des environnement pauvres en oxygène, apportant une source d'oxygène pour oxyder NADH et fournir l'ATP destinée à la croissance et au développement des cellules. Cette constatation permet de supposer que des cellules contenant des niveaux accrus de protéine Hb doivent survivre plus longtemps dans des conditions de raréfaction d'oxygène ou de forte demande en énergie.

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