Role of Lu/BCAM glycoproteins in red cell diseases

Lu/BCAM glycoproteins (gps) are the unique erythroid receptors of laminin α5 chain, a major component of the extracellular matrix. They interact with the membrane skeleton by binding directly to spectrin via the Lu/BCAM RK573-574 motif. Lu/BCAM gps are involved in abnormal sickle red blood cell (RBC) adhesion to components of the vascular wall. This adhesion is activated by the phosphorylation of the Lu/BCAM long isoform Lu in a protein kinase A-dependent manner. A similar high adhesion to laminin was also observed with RBCs from Hereditary Spherocytosis (HS) patients suffering from haemolytic anaemia subsequent to spectrin deficiencies. We investigated the molecular mechanisms responsible for the Lu/BCAM-mediated abnormal RBC adhesion to laminin in sickle cell disease (SCD) and HS. We showed that SCD patients treated with hydroxycarbamide (HC) had a diminished RBC adhesion to laminin that was associated with reduced levels of the PKA upstream effector cAMP and a severe decrease in Lu isoform phosphorylation. On the other hand, we showed that increased Lu/BCAM-mediated HS RBC adhesion to laminin was independent of Lu/BCAM phosphorylation. A cellular model expressing the RK573-574AA Lu/BCAM mutant, which is unable to bind to spectrin, showed increased Lu/BCAM detergent extractability and enhanced cell adhesion to laminin. Similar results were obtained with HS RBCs, strongly suggesting that their increased adhesion could result from alteration of the Lu/BCAM-spectrin interaction following the severe spectrin deficiency.

RésuméLes glycoprotéines (gp) Lu/BCAM sont les récepteurs érythroïdes uniques de la chaîne α5 de la laminine, composant majeur de la matrice extracellulaire. Elles interagissent également avec le squelette membranaire en liant directement la spectrine par leur motif cytoplasmique RK573-574. Les gp Lu/BCAM sont impliquées dans l’adhérence anormale des globules rouges (GR) drépanocytaires à la paroi vasculaire. Cette adhérence est stimulée par la phosphorylation de leur isoforme longue Lu après activation de la voie protéine kinase A (PKA). Une adhérence anormale à la laminine est également observée pour les GR de patients atteints de sphérocytose héréditaire (SH) qui présentent une anémie hémolytique suite à une déficience sévère en spectrine. Nous avons étudié les mécanismes moléculaires à l’origine de cette adhérence anormale des GR drépanocytaires et sphérocytaires. Nous avons montré que les GR de patients drépanocytaires traités par l’hydoxycarbamide (HC) avaient une adhérence diminuée à la laminine associée à une baisse des taux d’AMPc, effecteur de la voie PKA, et à une forte inhibition de la phosphorylation de l’isoforme Lu. À l’opposé, l’adhérence augmentée des GR SH était indépendante de la phosphorylation de Lu/BCAM. Un modèle cellulaire exprimant le mutant Lu RK573-574AA, ne liant plus la spectrine, a montré que la mutation augmentait la solubilisation de Lu/BCAM par le Triton-X100 ainsi que l’adhérence cellulaire à la laminine. Des résultats similaires ont été obtenus avec des GR SH, suggérant fortement que l’augmentation de leur adhérence pourrait résulter de l’altération de l’ancrage de Lu/BCAM au squelette membranaire suite au défaut en spectrine érythroïde.