Description of alteration in phosphoproteome of rat brain induced by antipsychotic drug treatment

Schizofrenia jest nieuleczalną chorobą psychiczną dotykającą 0,3-0,7% populacji ludzi na świecie. Stosowane powszechnie leki przeciwpsychotyczne umożliwiają jedynie ograniczenie występowania objawów. Cechą wspólną neuroleptyków jest antagonistyczne oddziaływanie z postsynaptycznymi receptorami dopaminergicznymi D2. Jednakże dokładny molekularny mechanizm ich działania nie jest całkowicie poznany.Dotychczas zidentyfikowano prawie 300 różnych modyfikacji białek. Do najczęściej występujących należy fosforylacja seryny treoniny i tyrozyny. Odgrywa ona kluczową rolę w regulacji wielu procesów w komórce. Szacuje się, że w dowolnym momencie około 30% wszystkich białek w komórce jest fosforylowana. Jednym z narzędzi pozwalających na badanie tej modyfikacji potranslacyjnej jest fosfoproteomika, która dostarcza wiedzy na temat tysięcy miejsc fosforylacji w jednym eksperymencie. Dzięki temu możliwe jest poznanie zmian aktywności molekuł wynikających z działania kinaz i fosfataz. Do badania fosfoproteomu najczęściej wykorzystywane są techniki oparte na spektrometrii mas. Jednakże z wielu względów badanie modyfikacji potranslacyjnych jest utrudnione. Przed analizą spektrometryczną konieczne jest wzbogacenie peptydów fosforylowanych. W tym celu stosuje się głównie metody chromatograficzne. W niniejszej pracy przedstawiono analizę porównawczą fosfoproteomu tkanki kory mózgowej szczura po działaniu leków przeciwpsychotycznych: risperidonu i klozapiny. Do badania wykorzystano technikę tandemowej spektrometrii mas połączonej z chromatografią cieczową. Wzbogacanie fosfopeptydów przeprowadzono przy użyciu chromatografii powinowactwa do tlenku tytanu (IV). Właściwy eksperyment fosfoproteomiczny poprzedzony był optymalizacją etapu wzbogacania próbki w peptydy fosforylowane.Na podstawie otrzymanych wyników wykazano istnienie zmian fosforylacji białek kory mózgowej szczura charakterystycznych dla działania risperidonu lub klozapiny. Zarówno klozapina jak i risperidon regulują poziom fosforylacji białek zaangażowanych w organizację cytoszkieletu, rozwój i funkcjonowanie mózgu oraz neurosekrecję. Co więcej, klozapina powoduje również zmiany modyfikacji białek związanych z procesem ubikwitynacji. Sugeruje to istotne znaczenie modyfikacji potranslacyjnych w molekularnych mechanizmach działania neuroleptyków.

Schizophrenia is an incurable mental disorder that affects 0.3-0.7% of the human population. Commonly used antipsychotics drugs acts merely by reducing symptoms of disease. A fundamentally shared feature of neuroleptics is antagonistic interaction with post-synaptic dopaminergic receptors D2 however, the exact molecular mechanism of action is not completely understood.Nearly 300 different protein modifications have been identified so far. Among others, phosphorylations of serine, threonine and tyrosine are one of the most frequently occurring post-translational modifications. They play a critical regulatory role in many biological processes. It is estimated that approximately 30% of all proteins is phosphorylated at any time. Phosphoproteomics provides powerful tool for studying post-translational modifications. By applying mass spectrometry-based methods it has become possible to identify even thousands of phosphorylation sites in one experiment. However determination of protein phosphorylation by mass spectrometry is challenging for many reasons. Thus, phosphopeptide enrichment is an essential step that allows a proper analysis. For this purpose chromatographic methods are commonly applied. In present study a comparative phosphoproteome analysis of rat cerebral cortex tissue after treatment with antipsychotics: risperidonem and clozapine has been performed . The study was conducted by tandem mass spectrometry coupled with liquid chromathography. Phosphopeptides were enriched with titanium dioxide affinity chromatography. Phosphoproteomics experiment was preceded by phopshoenrichment optimization step. The obtained results indicate the changes in phosphorylation of rat cerebral cortex tissue proteins characteristic for antipsychotics. Both clozapine and risperidone regulate the level of phosphoproteins involved in cytoskeleton organization, neurosecretion and functioning of the central nervous system. Moreover, clozapine treatment changes the phosphorylation state of proteins involved in the ubiquitination process. This suggests that post-translational modifications are significant for the molecular mechanisms of neuroleptics action.