Structural similarity between the bone marrow extracellular matrix protein and neurokinin 1 could be the limiting factor in the hematopoietic effects of substance P

In the adult bone marrow (BM), immune cells are replenished through the process of definitive hematopoiesis, which is regulated by a complex process of cellular and humoral interactions. The latter include substance P (SP), a neurotransmitter that is produced by neural and nonneural cells. Neurokinin-1 (NK-1), the high-affinity SP receptor, shares structural similarity with fibronectin, a component of the BM extracellular matrix proteins. This study examines how such similarity could alter the effects of SP on the proliferation of the immature BM progenitors. In vitro studies show that 1 ng fibronectin/mL enhanced the stimulatory effect of SP on the proliferation of primitive BM progenitors. This finding was studied by computational studies: proteomics and three-dimensional molecular modeling. Use of surface-enhanced laser desorption/ionization ProteinChip^® technology showed that despite the induction of neutral endopeptidase, exogenous fibronectin hindered the degradation of SP to SP(1–4). These findings support a protective role for fibronectin in the digestion of SP. Since SP(1–4) is a negative regulator of hematopoiesis, this report indicates that the structural similarity between fibronectin and NK-1 could be important for maintaining hematopoietic stimulation. These studies could be extrapolated to hematological disorders that are associated with SP–fibronectin complexes.Key words: substance P, fibronectin, stem cell, neuropeptide, bone marrow.

Dans la moelle osseuse (MO) adulte, les cellules immunitaires sont reconstituées par le processus d'hématopoïèse définitive, lequel est régulé par un processus complexe d'interactions cellulaires et humorales. Celles-ci incluent la substance P (SP), un neurotransmetteur qui est produit par des cellules neuronales et non neuronales. La neurokinine-1 (NK-1), le récepteur de haute affinité de la SP, a une similarité structurale avec la fibronectine, une composante des protéines de la matrice extracellulaire de la MO. La présente étude examine comment une telle similarité pourrait modifier les effets de la SP sur la prolifération des cellules souches immatures de la MO. Des études in vitro montrent que 1 ng de fibronectine/mL a augmenté l'effet stimulateur de la SP sur la prolifération des cellules souches primitives de la MO. Ces résultats ont été examinés par ordinateur : protéomique et modélisation moléculaire 3D. L'emploi de la technologie ProteinChip^® Array, basée sur le principe d'ionisation par désorption de surface induite au laser (SELDI), a montré que malgré l'induction d'une endopeptidase neutre, la fibronectine exogène a freiné la dégradation de la SP en SP(1-4). Ces résultats appuient l'idée d'un rôle protecteur de la fibronectine dans la digestion de la SP. Étant donné que la SP(104) est un régulateur négatif de l'hématopoïèse, ce rapport indique que la similarité structurale entre la fibronectine et la NK-1 pourrait être un facteur important dans le maintien de la stimulation hématopoïétique. Ces études pourraient être extrapolées aux perturbations hématologiques qui sont associées aux complexes fibronectine–SP.Mots clés : substance P, fibronectine, cellule souche, neuropeptide, moelle osseuse.[Traduit par la Rédaction]