Peroxiredoxin -2: Oligometric characterization of a putative biomarker of oxidative stress in the blood storage scenario

Abstract

Several researches on aging red blood cells (RBCs) revealed that RBC membrane proteins undergo a number of irreversible alterations, mainly due to oxidative stress. The individuation of proteins to be used as indicators of irreversible RBC injury and to be proposed as candidate biomarkers of oxidative damage or aging status during blood storage is therefore of great interest. We performed proteomic analysis of the membranes of RBCs during various storage periods under blood bank conditions. During storage, a progressive linkage of typical cytosolic proteins to the membrane was detected, including both antioxidant and metabolic enzymes (catalase, peroxiredoxin-2 [PrxII], and 2,3-bisphosphoglycerate-mutase. The detailed analysis of these protein associations to the membrane of aged RBCs allowed Prx2 to be suggested as a potential RBC oxidative stress marker. Since the oligomeric status of the Prx II protein is strictly related to its function, we decided to investigate the structure switches as results of storage. Cytosol and membrane ghosts of both fresh erythrocytes and 28-day stored erythrocytes were analyzed by proteomics tools. In fresh red blood cells PrxII exhibits four different oligomeric states in cytosol, whereas no PrxII complexes are in the membrane. In the highest molecular weight PrxII complex (440 kDa) it has been found that decameric PrxII is associated with tetrameric catalase. Upon oxidative stress (28-day storage), the CAT-PrxII hetero-oligomeric complex at 440 kDa is converted to a higher molecular weight structure (480 kDa) due to the presence therein of cross-linked species of PrxII and hemoglobin. Oxidized red cell membranes contained the CAT-PrxII complex detected in 0-day cytosol as a consequence of protein recruitments induced by oxidative stress. Our results contribute to clarify structural and functional switching of peroxiredoxin II in erythrocytes under standard blood bank conditions.

Diverse ricerche sull'invecchiamento dei globuli rossi rivelano che le loro proteine di membrana vanno incontro ad una serie di alterazioni irreversibili, dovute principalmente a stress ossidativo. L'individuazione di proteine da utilizzare come indicatori di danno irreversibile ai globuli rossi e da proporre come biomarker candidati di danno ossidativo o dello stato di invecchiamento durante la conservazione del sangue è di conseguenza molto importante. Abbiamo realizzato analisi proteomiche sulle membrane di globuli rossi a vari periodi di conservazione in condizioni standard. Durante la conservazione, è stato osservato un progressivo linkage di proteine citosoliche alla membrane, inclusi enzimi antiossidanti e metabolici (catalasi, perossiredossina 2, e 2,3- bifosfoglicerato mutasi). L'analisi dettagliata dell'associazione di tali proteine alla membrana, ha permesso di suggerire la PrxII come marker di stress ossidativo. Dato che lo stato oligomerico di tale proteina è strettamente legato alla sua funzione, abbiamo investigato anche i suoi cambiamenti strutturali a seguito dello storage. Citosol e membrane di globuli sia "freschi" che conservati 28 giorni sono stati analizzati tramite approcci proteomici. Negli RBC "freschi" la PrxII mostra 4 diversi stati oligomerici, mentre non è stata riscontrata affatto a livello di membrana. Nel complesso a più alto peso molecolare (440 kDa) è stato osservato che la PrxII è associata con la catalasi. In seguito a stress ossidativo, tale complesso viene convertito in uno a più alto peso molecolare (480 kDa) a causa della presenza di specie di PrxII ed emoglobina cross-linked. Le membrane degli eritrociti ossidati contengono il complesso CAT-PrxII osservato nel citosol dei globuli freschi, come conseguenza del reclutamento della proteina indotto da stress ossidativo. I nostri risultati contribuiscono a chiarire lo switch strutturale e funzionale della PrxII negli eritrociti conservati nelle condizioni standard delle banche di sangue.