The Role of Silicates in Interstitial Lung Disease

Abstract

Interstitial Lung disease (ILD), produces disruption of alveolar walls with loss of functionality and accumulation of scar tissue. Asbestosis and silicosis are the ILD produced by the inhalation of asbestos fibers or silica particles respectively. An increase in prostacyclin release after exposing endothelial cells to asbestos has been reported. This study attempts to elucidate the role of lung epithelial cells in the generation of asbestos induced ILD. A cell model to study crocidolite-induced toxicity was developed using LA-4 cells, previously characterized as alveolar type II cells. LA-4 cells when exposed to crocidolite had a decrease in viability and an increase in the release of LDH and 6-keto PGF1α, a prostacyclin metabolite. Prostacyclin release was Cox 2 and vitronectin receptor (VNR) mediated. Coating crocidolite asbestos with vitronectin enhances its internalization via VNR, which also recognize the Arg-Gly-Asp (RGD) motif present in a variety of ligands (e.g., vitronectin, fibronectin). These findings propose that crocidolite is coated by an RGD protein and binds VNR inducing Cox 2 expression promoting prostacyclin release. Cytotoxicity did not follow the same model. In silica studies, it has been previously reported that Scavenger receptor A I/II (SR-A I/II) plays a role in silicainduced apoptosis. The cytoplasmic domain of the SR-AI/II has four aminoacids: Ser25, Ser32, Ser53, Thr34 that can be phosphorylated, and the extracellular region contains a lysine-rich cluster that is required for Acetylated Low density lipoprotein (AcLDL) binding. SR-AI contains a cysteine-rich domain, which is absent in SR-AII. This study evaluated the role of the four aminoacids that could be phosphorylated, and differences between SR-AI and SR-AII in silica binding. Constructs expressing SR-AII, and mutated SR-AIIs containing deletions to Ser25, Ser32, Ser53, Thr34 and KE (lysine cluster) were generated and CHO cells were transfected. Receptor functionality was verified by AcLDL uptake. Silica binding or silica-induced apoptosis was not statistically significant different from transfected controls. In addition, no statistically significant difference was found between SR-AI and SR-AII in AcLDL uptake, silica binding, and silica-induced apoptosis. This study shows that asbestos or silica alone cannot induce its effect, and asbestos required to be coated by RGD proteins.

La enfermedad pulmonar intersticial (EPI) produce alteración de las paredes alveolares con pérdida de funcionalidad y acumulación de tejido cicatricial. La asbestosis y la silicosis son las EPI producidas por la inhalación de fibras de amianto o partículas de sílice respectivamente. Se ha informado de un aumento en la liberación de prostaciclina después de exponer las células endoteliales al amianto. Este estudio intenta dilucidar el papel de las células epiteliales pulmonares en la generación de EPI inducida por amianto. Se desarrolló un modelo celular para estudiar la toxicidad inducida por crocidolita utilizando células LA-4, previamente caracterizadas como células alveolares de tipo II. Las células LA-4 cuando se expusieron a crocidolita tuvieron una disminución en la viabilidad y un aumento en la liberación de LDH y 6-ceto PGF1α, un metabolito de prostaciclina. La liberación de prostaciclina estuvo mediada por Cox 2 y el receptor de vitronectina (VNR). El recubrimiento de amianto crocidolita con vitronectina mejora su internalización a través de VNR, que también reconoce el motivo Arg-Gly-Asp (RGD) presente en una variedad de ligandos (p. ej., vitronectina, fibronectina). Estos hallazgos proponen que la crocidolita está recubierta por una proteína RGD y se une a VNR induciendo la expresión de Cox 2 promoviendo la liberación de prostaciclina. La citotoxicidad no siguió el mismo modelo. En estudios de sílice, se ha informado previamente que el receptor eliminador A I/II (SR-A I/II) desempeña un papel en la apoptosis inducida por sílice. El dominio citoplásmico de SR-AI/II tiene cuatro aminoácidos: Ser25, Ser32, Ser53, Thr34 que pueden fosforilarse, y la región extracelular contiene un grupo rico en lisina que es necesario para la unión a lipoproteínas acetiladas de baja densidad (AcLDL). SR-AI contiene un dominio rico en cisteína, que está ausente en SR-AII. Este estudio evaluó el papel de los cuatro aminoácidos que podrían fosforilarse y las diferencias entre SR-AI y SR-AII en la unión de sílice. Se generaron construcciones que expresan SR-AII y SR-AII mutadas que contienen eliminaciones en Ser25, Ser32, Ser53, Thr34 y KE (grupo de lisina) y se transfectaron células CHO. La funcionalidad del receptor se verificó mediante la captación de AcLDL. La unión a sílice o la apoptosis inducida por sílice no fueron estadísticamente significativas en comparación con los controles transfectados. Además, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre SR-AI y SR-AII en la captación de AcLDL, la unión a sílice y la apoptosis inducida por sílice. Este estudio muestra que el amianto o la sílice por sí solos no pueden inducir su efecto y que el amianto debe estar recubierto por proteínas RGD.