Investigating the regulatory role of lysosomal protein cathepsin A in vasoactive peptide biology

Abstract

The lysosomal carboxypeptidase A, Cathepsin A (CathA), is a serine protease with distinct functions. CathA protects sialidase Neu1 and β- galactosidase against proteolytic degradation by forming a multi-enzyme complex and was shown to be activating sialidase Neu1. Mutations in the CathA gene cause the lysosomal storage disease galactosialidosis. Patients with galactosialidosis are characterized with a broad range of clinical phenotypes, involving growth retardation, neurological deterioration and accumulation of vasoactive peptide, endothelin-1 in the brain. CathA is also a multi-catalytic enzyme with deamidase and esterase activity at neutral pH, and carboxypeptidase activity at acidic pH. Previous investigations have presented that CathA has specific enzyme activity against vasoactive and neuropeptides, including endothelin-1, oxytocin and substance P. A generated mouse model with inactive CathA enzyme activity (CathAS190A) showed significantly increased level of precursor endothelin-1 vasoactive peptide with increased arterial blood pressure. The aim of this study was to ascertain the regulatory role of CathA against other vasoactive peptide precursors such as oxytocin, endothelin-1 and substance P in vivo. In addition to the regulatory role of the enzyme, CathA’s involvement in learning ability, long term memory and motor cortex functioning was elucidated. Our results showed that CathA has a regulatory role on endothelin-1 and oxytocin peptides’ degradation, which is the reason of the increased accumulation in the brain hippocampus region for CathAS190A. Memory based Morris’ water maze and passive avoidance tests illustrated that CathAS190A animals had lower scores than control littermates, which let us to speculate that CathA may play significant role in memory consolidation and learning ability through its regulatory role on vasoactive peptide biology.

Lizozomal karboksipeptidaz A, Katepsin A, birbirinden farkli fonksiyonları olan bir serine proteinazıdır. Katepsin A’nın Neu1 ve beta- galaktosidaz sialidazlarını proteolitik yıkıma karşı çoklu enzim kompleksi oluşturarak koruduğu ve de Neu1’nı aktive ettiği gösterilmiştir. Katepsin A genindeki mutasyonlar lizozomal depo hastalığı galaktosialidosise neden olur. Galaktosialidosis hastaları geç gelişim, sinirsel bozulmalar ve beyin içinde vazoaktif peptit, endotelin-1, birikmesinide içeren geniş aralıkta kliniksel fenotipler ile karakterize edilir. Katepsin A’nın aynı zamanda nötral pH’da deamidaz ve esteraz aktivitesi ile birlikte asidik pH’ de karboksipeptidaz aktivitesi olan çoklu- katalitik bir enzimdir. Daha önceki araştırmalar Katpsin A’nın endotelin-1, oksitosin ve substance P’yi de içeren vazoaktif ve nöroaktif peptitlere karşı spesifik enzim aktivitesine sahip olduğunu sunmuştur. İnaktif enzim aktivitesi ile yaratılan Katepsin A fare modeli (CathAS190A) öncü vazoaktif endotelin-1’ ile atardamar kan basıncının önemli seviyelere yükseldiğini kanıtlamıştır. Bu çalışmanın amacı Katepsin A‘nın endotelin-1, oksitosin ve substans P’yi içeren diğer öncü vazoaktif peptitlerine karşı düzenleyici rolünün araştırılarak canlı organizmada ortaya çıkarılmasıdır. Enzimin düzenleyici rolüne ek olarak, Katepsin A öğrenme becerisine, uzun dönem hafıza ve motor korteks fonksiyonlarına olan katılımının ortaya çıkarılmasıdır. Sonuçlarımız gösteriyor ki Katepsin A endotelin-1 ve oksitosin peptitlerinin yıkımı üzerine düzenleyici etkisi vardır, bu da CathAS190A’nın beyin hipokampus bölgesindeki artan birikimin sebebidir. Hafıza temelli Morris’in su labitenti ve pasif sakınma testlerinde CathAS190A’nın kontrol kardeşlerimden daha düşük sonuçlara sahip olduğunu göstermiştir, bu da bizi Katepsin A’nın hafızada saklama ve öğrenme becerisinde vazoaktif peptit biyoloji sayesinde önemli rolu olabileceğini speküle etmemizi sağliyor.