Biotin-anandamide: a new tool to visualize anandamide inside the cells

The endocannabinoid anandamide is an uncharged neuromodulatory lipid that is inactivated through its cellular uptake and subsequent catabolism. While the biosynthesis and degradation of AEA have been clarified in considerable detail, the mechanism of AEA uptake has remained elusive. There is a general consensus only on the fact that AEA movement through the plasma membrane is rapid, saturable, temperature-dependent. While many studies describe a transporter-mediated uptake of AEA via a selective “anandamide membrane transporter”, only a few papers proposed that the transport occurs by simple diffusion or endocytosis via caveolae/lipid rafts. As a matter of fact, the lack of cloning and expression of the purported transporter protein has prevented the development of molecular tools which could give definitive proof of the presence of a true transporter on the cell surface. In the same line, AEA analogs able to visualize AEA movement across the plasma membrane and its subsequent fate within the cell, are still missing. We synthesized and characterized a biotinylated analog of AEA (biotin-AEA) that has the same lipophilicity of the parent compound. We used biochemical assays and fluorescence microscopy employing b-AEA as a tool to visualize accumulation, intracellular distribution and trafficking of AEA inside the cells. We chose to modify the polar head of AEA because this structural change does not influence the kinetics of AEA uptake. Our studies led us to clarify the presence of molecular structures, the adiposomes, as a way to accumulate AEA and that could be involved in its delivery to FAAH. Using our biotinylated probe, we also identified two cytosolic proteins (albumin and Hsp70.2) as potential AEA-binding carriers which might form a delivery system to rapidly and efficiently assist the intracellular trafficking of AEA.

L’endocannabinoide anandamide è un lipide neuromodulatorio non carico che è inattivato grazie al suo assorbimento cellulare e successivo catabolismo. Mentre la biosintesi e la degradazione dell’anandamide sono state chiarite in dettaglio, il meccanismo attraverso cui essa entra all’interno della cellula rimane ancora non chiaro. Vi è un generale accordo solo sul fatto che il movimento dell’anandamide attraverso la membrana plasmatica è rapido, ha una cinetica di saturazione ed è temperatura dipendente. Mentre molti sono gli studi che descrivono un assorbimento mediato da uno specifico trasportatore di questo endocannabinoide, solo pochi lavori hanno proposto che il trasporto avvenga attraverso semplice diffusione passiva o attraverso endocitosi mediata da caveolae/lipid rafts. L’unica cosa certa però ad oggi è che, la mancanza del clonaggio e dell’espressione di questa ipotetica proteina trasportatrice, ha impedito lo sviluppo di strumenti molecolari che potrebbero dare una definitiva risposta della reale presenza di un trasportatore sulla superficie cellulare. Allo stesso tempo, non sono ancora stati messi a punto analoghi dell’anandamide che ci consentano di visualizzare i suoi movimenti attraverso la membrana plasmatica e di conseguenza il suo destino all’interno della cellula. Il nostro gruppo ha sintetizzato e caratterizzato un analogo dell’anandamide (b-AEA) che possiede la stessa lipofilia del composto madre. Abbiamo usato metodi biochimici e di microscopia impiegando la b-AEA come strumento per visualizzare l’accumulo, la distribuzione ed i movimenti intracellulari dell’anandamide. Abbiamo scelto di modificare la testa polare della molecola poiché questo cambiamento strutturale non influenza la cinetica del trasporto. I nostri studi ci hanno consentito di chiarire la presenza di strutture intracellulari dette adiposomi, che possono accumulare anandamide e che potrebbero essere coinvolti nel suo trasporto verso la FAAH. Usando la nostra molecola biotinilata abbiamo inoltre identificato due proteine citosoliche, l’albumina e la Hsp70.2, come potenziali trasportatori che legano l’anandamide e che potrebbero formare un sistema di trasporto in grado di consentire, in modo veloce ed efficiente, il movimento dell’anandamide all’interno della cellula.