Decoding the interplay between TAZ and metabolism in early lung development

Abstract

Lung branching morphogenesis results from the crosstalk between epithelial and mesenchymal compartments and it is mainly regulated by multiple signaling pathways, namely Hippo signaling pathway. Hippo signaling pathway is a highly conserved kinase cascade that plays important roles in organ size control, repair and homeostasis. YAP and TAZ are the major transducers of Hippo pathway. The phosphorylation status of YAP/TAZ complex determines its subcellular localization and, consequently, the activation of the pathway. For instance, the non-phosphorylated YAP/TAZ is present in the nucleus where it associates with transcription factors like the TEAD family or RUNX2 promoting the transcription of target genes linked to cell proliferation and apoptosis. Several studies have described, over the years, the impact of metabolic pathways on Hippo regulation and activity. However, lung metabolic profile and the impact of Hippo modulation on the embryonic lung metabolic signature are still largely unknown. Therefore, this project aimed to study the impact of TAZ modulation on the chick lung metabolic profile. For this purpose, in vitro lung explants were treated with an inducer of TAZ nuclear localization (TM- 25659). Cultured lungs were morphometrically analyzed and processed for Western blot analysis, in situ hybridization and qRT-PCR. Moreover, culture medium was collected and analyzed by 1H-NMR spectroscopy. Lung explants stimulated with the TAZ inducer displayed an increase of 12% in branching, in a dose-dependent manner, when compared to controls. As expected, TAZ manipulation did not affect total YAP and TAZ protein expression levels but it promoted a mild increase in runx2 expression levels. qRT-PCR analysis revealed an increase of glut8, mct8, pdh and ldh expression levels when compared to controls. 1H-NMR spectroscopy revealed an increase in the secretion of succinate and acetate to the extracellular medium after explant stimulation with a TAZ inducer. Finally, embryonic lung metabolite profile was determined, and high lactate tissue levels were detected. TAZ manipulation had a mild impact in lung branching nonetheless it induced alterations in the expression levels of different enzymes and transporters of glucose catabolism. Furthermore, alterations in the amount of certain key metabolites was also noticed in TAZ-induced explants. Taken together, these results highlight a potential role for TAZ in the regulation of embryonic lung metabolic profile. This is the first study showing the contribution of Hippo signaling to metabolic reprograming of early lung development through the modulation of glucose catabolism-related genes. These findings may contribute to uncover new therapeutic targets to treat lung developmental disorders.

A ramificação pulmonar resulta da interação entre os compartimentos epitelial e mesenquimal sendo regulada por diferentes vias de sinalização, nomeadamente, a via Hippo. A via de sinalização Hippo consiste numa cascata de cinases importante na regulação do crescimento dos órgãos, reparação e homeostasia celular. A ativação dessa via depende da fosforilação do complexo efetor YAP/TAZ. Assim, quando o complexo não está fosforilado está presente no núcleo onde se associa com fatores de transcrição, como o TEAD ou RUNX2, promovendo a transcrição de genes ligados à proliferação celular e apoptose. O impacto das vias metabólicas na regulação e atividade da via Hippo já foi descrita em alguns tecidos. No entanto, desconhece-se o impacto da modulação da via Hippo, mais concretamente da TAZ, no perfil metabólico do pulmão em desenvolvimento. Assim, este projeto teve como objetivo estudar o impacto da modulação da TAZ no perfil metabólico do pulmão embrionário de galinha. Para tal, explantes pulmonares foram tratados, in vitro, com TM-25659 que promove a translocação de TAZ para o núcleo. Os pulmões tratados foram analisados morfometricamente e processados para análise por Western blot, hibridização in situ e qRT-PCR. Para além disso, o meio de cultura foi analisado por espectroscopia de 1H-RMN. Os explantes de pulmão tratados com TM-25659 apresentaram um aumento de 12% na ramificação, quando comparados com o controlo. Como esperado, o tratamento não afetou os níveis de expressão das proteínas YAP e TAZ, mas levou a um aumento dos níveis de expressão de runx2. Os resultados demonstram que a translocação de TAZ promove um aumento dos níveis de expressão de glut8, mct8, pdh e ldh quando comparados com o controlo. A análise metabolómica dos meios revelou um aumento da secreção de succinato e acetato após a estimulação da translocação de TAZ para o núcleo. Por fim caracterizou-se o perfil de metabólico do pulmão embrionário, por 1H-RMN, tendo-se detetado níveis elevados de lactato no tecido. A manipulação do efetor TAZ nos explantes pulmonares teve um impacto discreto na ramificação pulmonar, no entanto, induziu alterações significativas nos níveis de expressão de diferentes enzimas e transportadores envolvidos no catabolismo da glicose. Além disso, alterou o perfil metabólico basal de glicolítico para oxidativo. Em conjunto, estes resultados apontam para um papel da TAZ na regulação do perfil metabólico do pulmão durante o desenvolvimento. Este estudo demonstra, pela primeira vez, a contribuição da via Hippo para a reprogramação metabólica do pulmão em desenvolvimento através da modulação da expressão de genes do catabolismo da glucose. Estes resultados podem contribuir para distinguir novos alvos terapêuticos para tratar distúrbios do desenvolvimento/doença pulmonar.