Regulation of Membrane-Cytoskeletal Interactions by Tyrosine Phosphorylation of Erythrocyte Band 3

Il dominio citoplasmatico della banda 3 funge da centro di organizzazione della membrana eritrocitaria e costituisce il principale substrato della tirosina chinasi del globulo rosso. La fosforilazione in tirosina della banda 3 è indotta da vari stimoli fisiologici, compresi l'invasione del parassita della malaria, la perdita di volume cellulare, il normale invecchiamento cellulare e stress ossidativo (talassemie, anemia falciforme, G6PDH carenza, ecc.). Nel tentativo di caratterizzare le conseguenze biologiche della fosforilazione in tirosina della banda 3, abbiamo indagato sui cambiamenti funzionali del polipeptide che accompagnano la sua fosforilazione. Dimostriamo che la fosforilazione in tirosina promuove la dissociazione della banda 3 dallo scheletro spettrina-actina, come evidenziato da: i) una diminuzione di affinità con l’anchirina, in studi sul legame, ii) un aumento di estraibilità, mediante detergente, della banda 3 dalle membrane, iii) un aumento della cross-linkabilità della banda 3 mediante BS3, iv) cambiamenti significativi nella morfologia degli eritrociti, e v) aumento del tasso di diffusione della banda 3 in cellule intatte. La dissociazione della banda 3 dal citoscheletro, a causa della rottura del legame con l’anchirina e l’adducina, può facilitare cambiamenti nelle proprietà di membrana. Ciò sostiene l’ipotesi che la fosforilazione in tirosina della banda 3 possa avere un ruolo nell’attivazione dei cambiamenti adattativi dell’eritrocita, che permettono alla cellula di rispondere alle sollecitazioni precedentemente menzionate.

The cytoplasmic domain of band 3 serves as a center of erythrocyte membrane organization and constitutes the major substrate of erythrocyte tyrosine kinases. Tyrosine phosphorylation of band 3 is induced by several physiological stimuli including malaria parasite invasion, cell shrinkage, normal cell aging, and oxidant stress (thalassemias, sickle cell disease, G6PDH deficiency, etc). In an effort to characterize the biologic sequelae of band 3 tyrosine phosphorylation, we have looked for changes in the polypeptide’s function that accompany its phosphorylation. We report that tyrosine phosphorylation promotes dissociation of band 3 from the spectrin-actin skeleton as evidenced by: i) a decrease in ankyrin affinity in direct binding studies, ii) an increase in detergent extractability of band 3 from ghosts, iii) a rise in band 3 cross-linkability by BS3, iv) significant changes in erythrocyte morphology, and v) elevation of the rate of band 3 diffusion in intact cells. Because release of band 3 from its ankyrin and adducin linkages to the cytoskeleton can facilitate changes in multiple membrane properties, tyrosine phosphorylation of band 3 is argued to enable adaptive changes in erythrocyte biology that permit the cell to respond to the above stresses.