Las galectinas de mamífero en el desarrollo de los axones "in vitro". Papel de las galectinas 3 y 4

Abstract

Las galectinas son una familia de proteínas de unión a carbohidratos conservadas evolutivamente. Se caracterizan por unir β-galactósidos a través de dominios específicos denominados CRDs (Carbohydrate Recognition Domain). En este estudio, mostramos que la galectina-3 fosforilada (pGal-3) adherida a la superficie de un sustrato de cultivo, o formando complejos solubles con heparán sulfato, promueve la ramificación axonal en neuronas hipocampales por remodelación local del citoesqueleto de actina subcortical. La pGal-3 extracelular interacciona con la molécula de adhesión NCAM-L1, induciendo su asociación a balsas lipídicas de membrana (rafts); ésta, mediante unión a su dominio intracelular, recluta a las proteínas de acoplamiento membrana/actina ezrin-radixin-moesin (ERM). La activación local de esta vía regula localmente la ramificación neurítica inducida por la pGal-3, cuya fosforilación actúa como un interruptor molecular que media la respuesta del axón a la galectina. Por otra parte, mostramos que la galectina-4 (Gal-4), típicamente asociada a epitelios gastrointestinales y a transporte polarizado de glicoproteínas apicales, se expresa en neuronas hipocampales y se distribuye en segmentos discretos sobre la membrana axonal. Esta distribución está asociada con la presencia funcional de L1 y el crecimiento axonal. Tanto la disminución en la expresión de la Gal-4 como la inhibición de la síntesis de sulfátidos por los que esta lectina presenta alta afinidad, retardan el crecimiento axonal y evitan la localización en la membrana de Gal-4 y L1. Sin embargo, la inhibición de la maduración de los N-glicanos con terminaciones LacNAc de la L1, por las que la Gal-4 también es afín, sólo afecta a la distribución axonal de L1, pero impide la interacción entre ambas moléculas. Según esto, Gal-4, gracias a sus dos CRDs, se une a los sulfátidos de vesículas de membrana asociadas a microtúbulos y a los terminales LacNAc de los N-glicanos de L1, organizando su transporte polarizado hacia la membrana axonal. ABSTRACT. The galectins define a family of carbohydrate-binding proteins evolutionarily conserved. They are characterized by their ability to bind β-galactosides through a specific CRD (Carbohydrate Recognition Domain). In this work, we show that phosphorylated galectin-3 (pGal-3) adsorbed to a cell culture surface or in complexes with heparan sulfate, promotes axonal branching in hippocampal neurons by local remodeling of subcortical actin cytoskeleton. pGal-3 interacts with the neural cell adhesion molecule NCAM-L1, promoting its association with membrane lipid rafts, where, via interaction with its intracellular domain, it interacts with membrane-actin linker proteins ezrin-radixin-moesin (ERM). Local activation of this pathway regulates neurite branching induced by pGal-3, in which galectin phosphorylation could act as a molecular switch for axon response to Gal-3. Furthermore, we found that galectin-4 (Gal-4), typically associated to gastrointestinal tissue and involved in epithelial glycoprotein transport, is expressed in hippocampal neurons, and is sorted to discrete segments along axon membrane. This distribution is associated with axonal growth and functional presence of L1. Gal-4 knockdown as well as the inhibition of sulfatide synthesis, retards axon growth and prevents axonal membrane presentation of Gal-4 and L1. On the other hand, Gal-4 interacts with L1 by specific binding to LacNAc branch ends of L1 N-glycans. Imparement of N-glycans maturation, only preserves L1 axonal distribution, while Gal-4/L1 membrane interaction is precluded. In conclusion, Gal-4, that presents two CRD domains, binds to sulfatide-containing microtubule-associated carriers, and organizes the transport of L1, by protein crosslinking to the carriers through their LacNAc termini.