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Publicação
Deciphering alterations in mechanical properties of the nucleus during healthy human aging
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
ABSTRACT
Aging is a major risk factor for various diseases, yet understanding cellular aging remains
incomplete. Several aging-related changes emerge in the nucleus. Recently, altered cell
mechanical properties have become a hallmark of aging, with the nuclear envelope (NE)
and lamins maintaining nuclear integrity. While the interplay between NE and lamina
during aging is not fully understood, we hypothesize that the lipid composition of the NE
may influence lamin binding and organization. Many lamin-binding proteins are integral
to the inner nuclear membrane. In fact, our preliminary lipidomics findings indicate a
decline in ether lipids with age progression. Importantly, the structural features of these
ether lipids might impact the biophysical properties of biomembranes. Here, we propose
the creation of age-tuned synthetic models to investigate nuclear aging, NE-lamin
interactions, and overall nuclear structural integrity.
The primary goal was to design membrane models mimicking the NE of both young and
old healthy donors. We then characterized the biophysical properties of these models
with varying lipid compositions. To characterize membrane properties of our model
vesicles, we performed DPH/TMA-DPH fluorescence anisotropy, Laurdan generalized
polarization, and time-dependent fluorescence shift experiments. Confocal microscopy
and atomic force microscopy were used to optimize the formation of supported lipid
bilayers. Finally, we aimed to purify lamin B1 with a crucial posttranslational farnesylation.
Our results revealed that a decrease in the ether lipid content of the membrane does not
alter the hydrophobic core of the membrane. However, ether and vinyl ether lipids
incorporation leads to a decrease in membrane order at the lipid/water interface, mostly
due to decreased viscosity. Such organization of the membrane can have a significant
impact on protein-lipid interactions. With that in mind, a protocol for lamin B1 purification
was established to allow for the study of protein-lipid interactions in vitro. Preliminary
mass spectroscopy results indicate the presence of the necessary farnesylation.
These results lay a foundation for upcoming experiments toward the establishment of a
novel system to study nuclear aging. Further incorporation of key nuclear lamina proteins
in such age-tuned models will provide new insights into in-membrane lamin
polymerization during healthy human aging.
RESUMO O envelhecimento é um fator de risco importante para várias doenças, mas a compreensão do envelhecimento celular continua incompleta. Várias alterações relacionadas com o envelhecimento surgem no núcleo. Recentemente, as propriedades mecânicas celulares alteradas tornaram-se um marco do envelhecimento, com o envelope nuclear (NE) e as laminas a manterem a integridade nuclear. Embora a interação entre o NE e a lâmina durante o envelhecimento não seja totalmente compreendida, colocamos a hipótese de a composição lipídica do NE poder influenciar a ligação e organização das laminas. Muitas proteínas de ligação à lamina são parte integrante da membrana nuclear interna. De facto, os nossos resultados preliminares de lipidómica indicam um declínio nos lípidos de éter com o avançar da idade. É importante salientar que as características estruturais destes lípidos de éter podem ter impacto nas propriedades biofísicas das biomembranas. Aqui, propomos a criação de modelos sintéticos ajustados à idade para investigar o envelhecimento nuclear, as interacções NE-lamina e a integridade estrutural nuclear global. O objetivo principal era conceber modelos de membranas que imitassem o NE de dadores jovens e idosos saudáveis. Em seguida, caracterizámos propriedades biofísicas seleccionadas destes modelos com diferentes composições lipídicas. Para caracterizar as propriedades membranares das nossas vesículas modelo, realizámos experiências de anisotropia de fluorescência DPH/TMA-DPH, polarização generalizada de Laurdan e deslocamento de fluorescência dependente do tempo. A microscopia confocal e a microscopia de força atómica foram utilizadas para otimizar a formação da bicamada lipídica suportada. Finalmente, o nosso objetivo foi purificar a lâmina B1 com uma farnesilação pós-traducional crucial. Os nossos resultados revelaram que uma diminuição do teor de lípidos de éter da membrana não altera o núcleo hidrofóbico da membrana. No entanto, a incorporação de lípidos de éter e éter vinílico leva a uma diminuição da ordem da membrana na interface lípido/água, principalmente devido à diminuição da viscosidade. Esta organização da membrana pode ter um impacto significativo nas interacções proteína-lípido. Com isto em mente, foi estabelecido um protocolo para a purificação da lamina B1 para permitir o estudo das interacções proteína-lípido in vitro. Os resultados preliminares da espectroscopia de massa indicam a presença da farnesilação necessária.
RESUMO O envelhecimento é um fator de risco importante para várias doenças, mas a compreensão do envelhecimento celular continua incompleta. Várias alterações relacionadas com o envelhecimento surgem no núcleo. Recentemente, as propriedades mecânicas celulares alteradas tornaram-se um marco do envelhecimento, com o envelope nuclear (NE) e as laminas a manterem a integridade nuclear. Embora a interação entre o NE e a lâmina durante o envelhecimento não seja totalmente compreendida, colocamos a hipótese de a composição lipídica do NE poder influenciar a ligação e organização das laminas. Muitas proteínas de ligação à lamina são parte integrante da membrana nuclear interna. De facto, os nossos resultados preliminares de lipidómica indicam um declínio nos lípidos de éter com o avançar da idade. É importante salientar que as características estruturais destes lípidos de éter podem ter impacto nas propriedades biofísicas das biomembranas. Aqui, propomos a criação de modelos sintéticos ajustados à idade para investigar o envelhecimento nuclear, as interacções NE-lamina e a integridade estrutural nuclear global. O objetivo principal era conceber modelos de membranas que imitassem o NE de dadores jovens e idosos saudáveis. Em seguida, caracterizámos propriedades biofísicas seleccionadas destes modelos com diferentes composições lipídicas. Para caracterizar as propriedades membranares das nossas vesículas modelo, realizámos experiências de anisotropia de fluorescência DPH/TMA-DPH, polarização generalizada de Laurdan e deslocamento de fluorescência dependente do tempo. A microscopia confocal e a microscopia de força atómica foram utilizadas para otimizar a formação da bicamada lipídica suportada. Finalmente, o nosso objetivo foi purificar a lâmina B1 com uma farnesilação pós-traducional crucial. Os nossos resultados revelaram que uma diminuição do teor de lípidos de éter da membrana não altera o núcleo hidrofóbico da membrana. No entanto, a incorporação de lípidos de éter e éter vinílico leva a uma diminuição da ordem da membrana na interface lípido/água, principalmente devido à diminuição da viscosidade. Esta organização da membrana pode ter um impacto significativo nas interacções proteína-lípido. Com isto em mente, foi estabelecido um protocolo para a purificação da lamina B1 para permitir o estudo das interacções proteína-lípido in vitro. Os resultados preliminares da espectroscopia de massa indicam a presença da farnesilação necessária.
Descrição
Palavras-chave
Dechiphering Alterations Human Aging