Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Role of Nuclear Angiotensin-II Receptor Mediated Signalling in Cardiovascular Remodelling

Le remodelage cardiaque est le processus par lequel la structure ou la fonction cardiaque change en réponse à un déséquilibre pathophysiologique tel qu'une maladie cardiaque, un contexte d'arythmie prolongée ou une modification de l'équilibre hormonal. Le système rénine-angiotensine (SRA) est un système hormonal largement étudié et il est impliqué dans de nombreuses activités associées au remodelage cardiovasculaire. L’existence d'un système circulatoire couplé à un système de tissus locaux est une représentation classique, cependant de nouvelles données suggèrent un SRA indépendant et fonctionnellement actif à l'échelle cellulaire. La compréhension de l'activité intracellulaire du SRA pourrait mener à de nouvelles pistes thérapeutiques qui pourraient prévenir un remodelage cardiovasculaire défavorable. L'objectif de cette thèse était d'élucider le rôle du SRA intracellulaire dans les cellules cardiaques. Récemment, les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), les protéines G et leurs effecteurs ont été détectés sur des membranes intracellulaires, y compris sur la membrane nucléaire, et les concepts de RCPG intracellulaires fonctionnels sont en voie d'être acceptés comme une réalité. Nous avons dès lors fait l'hypothèse que la signalisation du SRA délimitant le noyau était impliquée dans le contrôle de l'expression des gènes cardiaques. Nous avons démontré la présence de récepteurs d'angiotensine de type-1 (AT1R) et de type-2 (AT2R) nucléaires dans les cardiomyocytes ventriculaires adultes et dans une fraction nucléaire purifiée de tissu cardiaque. Des quantités d'Ang II ont été détectées dans du lysat de cardiomyocytes et des microinjections d'Ang-II-FITC ont donné lieu à des liaisons préférentielles aux sites nucléaires. L'analyse transcriptionnelle prouve que la synthèse d'ARN de novo dans des noyaux isolés stimulés à l'Ang-II, et l'expression des ARNm de NF-κB étaient beaucoup plus importants lorsque les noyaux étaient exposés à de l'Ang II par rapport aux cardiomyocytes intacts. La stimulation des AT1R nucléaires a engendré une mobilisation de Ca2+ via les récepteurs de l'inositol trisphosphate (IP3R), et le blocage des IP3R a diminué la réponse transcriptionnelle. Les méthodes disponibles actuellement pour l'étude de la signalisation intracrine sont limitées aux méthodes indirectes. L'un des objectifs de cette thèse était de synthétiser et caractériser des analogues d'Ang-II cellule-perméants afin d’étudier spécifiquement dans les cellules intactes l'activité intracellulaire du SRA. Nous avons synthétisé et caractérisé pharmacologiquement des analogues photosensibles Ang-II encapsulée en incorporant un groupement 4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) photoclivable sur les sites actifs identifiés du peptide. Chacun des trois analogues d'Ang II encapsulée synthétisés et purifiés: [Tyr(DMNB)4]Ang-II, Ang-II-ODMNB et [Tyr(DMNB)4]Ang-II-ODMNB a montré une réduction par un facteur deux ou trois de l'affinité de liaison envers AT1R et AT2R dans les dosages par liaison compétitive et une activité réduite dans la contraction de l'aorte thoracique. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans des cellules HEK a augmenté la phosphorylation d'ERK1/2 (via AT1R) et la production de cGMP (via AT2R) alors que dans les cardiomyocytes isolés elle générait une augmentation de Ca2+ nucléoplasmique et initiait la synthèse d'ARNr 18S et d'ARNm du NF-κB. Les fibroblastes sont les principaux générateurs de remodelage cardiaque structurel, et les fibroblastes auriculaires sont plus réactifs aux stimuli profibrotiques que les fibroblastes ventriculaires. Nous avons émis l'hypothèse que l’Ang-II intracellulaire et l'activation des AT1R et AT2R nucléaires associés contrôlaient les profils d'expression des gènes des fibroblastes via des systèmes de signalisation distincts et de ce fait jouaient un rôle majeur dans le développement de la fibrose cardiaque. Nous avons remarqué que les fibroblastes auriculaires expriment l’AT1R et l’AT2R nucléaire et l'Ang-II au niveau intracellulaire. L’expression d'AT1R nucléaire a été régulés positivement dans les cas d’insuffisance cardiaque (IC), tandis que l'AT2R nucléaire a été glycosylé post-traductionnellement. La machinerie protéique des protéines G, y compris Gαq/11, Gαi/3, et Gβ, a été observée dans des noyaux isolés de fibroblastes. AT1R et AT2R régulent l'initiation de la transcription du fibroblaste via les voies de transduction de signal d'IP3R et du NO. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans une culture de fibroblastes auriculaire déclenche la libération de Ca2+ nucléoplasmique, la prolifération, et la synthèse et sécrétion de collagène qui ne sont pas inhibées par les bloqueurs d'AT1R et/ou AT2R extracellulaires.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

The Central Nervous System as Target for Antihypertensive Actions of a Proline-Rich Peptide from Bothrops jararaca Venom

Pyroglutamyl proline-rich oligopeptides, present in the venom of the pit viper Bothrops jararaca (Bj-PROs), are the first described naturally occurring inhibitors of the angiotensin I-converting enzyme (ACE). The inhibition of ACE by the decapeptide Bj-PRO-10c (

Peptide gomesin triggers cell death through L-type channel calcium influx, MAPK/ERK, PKC and PI3K signaling and generation of reactive oxygen species

Gomesin is an antimicrobial peptide isolated from hemocytes of a common Brazilian tarantula spider named Acanthoscurriagomesiana. This peptide exerts antitumor activity in vitro and in vivo by an unknown mechanism. In this study, the cytotoxic mechanism of gomesin in human neuroblastoma SH-SY5Y and rat pheochromocytoma PC12 cells was investigated. Gomesin induced necrotic cell death and was cytotoxic to SH-SY5Y and PC12 cells. The peptide evoked a rapid and transient elevation of intracellular calcium levels in Fluo-4-AM loaded PC12 cells, which was inhibited by nimodipine, an L-type calcium channel blocker. Preincubation with nimodipine also inhibited cell death induced by gomesin in SH-SY5Y and PC12 cells. Gomesin-induced cell death was prevented by the pretreatment with MAPK/ERK, PKC or PI3K inhibitors, but not with PKA inhibitor. In addition, gomesin generated reactive oxygen species (ROS) in SH-SY5Y cells, which were blocked with nimodipine and MAPK/ERK, PKC or PI3K inhibitors. Taken together, these results suggest that gomesin could be a useful anticancer agent, which mechanism of cytotoxicity implicates calcium entry through L-type calcium channels, activation of MAPK/ERK, PKC and PI3K signaling as well as the generation of reactive oxygen species. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Potassium Current in Mature Bovine Spermatozoa

Ion channels have been assigned a pivotal importance in various sperm functions and are therefore promising targets for contraceptive development. The lack of data on channel functionality and pharmacology has hampered this goal. This is a consequence of technical problems of applying electrophysiological techniques to spermatozoa due to their small size and form. By using a laminin coating to increase adherence of spermatozoa and nystatin in the patch pipette for pore formation, we have adapted the whole-cell recording technique to study currents in mature uncapacitated bovine spermatozoa. Employing these conditions, in the head region, patched spermatozoa could be transferred into the whole-cell configuration. For the first time we document an outward rectifying current in mature bovine spermatozoa was blocked by tetraethyl ammonium (TEA) chloride. The observation of a shift in the reversal potential as a response to changes in the extracellular concentration of K+ ions allowed us to identify this current as K+ selective. This result shows that K+ channels in the head region of mature uncapacitated bovine spermatozoa can be suitably investigated using the whole-cell recording patch-clamp technique.

Involvement of L-Type Calcium Channel and SERCA2a in Myocardial Dysfunction Induced by Obesity

Obesity has been shown to impair myocardial performance. Nevertheless, the mechanisms underlying the participation of calcium (Ca2+) handling on cardiac dysfunction in obesity models remain unknown. L-type Ca2+ channels and sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+-ATPase (SERCA2a), may contribute to the cardiac dysfunction induced by obesity. The purpose of this study was to investigate whether myocardial dysfunction in obese rats is related to decreased activity and/or expression of L-type Ca2+ channels and SERCA2a. Male 30-day-old Wistar rats were fed standard (C) and alternately four palatable high-fat diets (Ob) for 15 weeks. Obesity was determined by adiposity index and comorbidities were evaluated. Myocardial function was evaluated in isolated left ventricle papillary muscles under basal conditions and after inotropic and lusitropic maneuvers. L-type Ca2+ channels and SERCA2a activity were determined using specific blockers, while changes in the amount of channels were evaluated by Western blot analysis. Phospholamban (PLB) protein expression and the SERCA2a/PLB ratio were also determined. Compared with C rats, the Ob rats had increased body fat, adiposity index and several comorbidities. The Ob muscles developed similar baseline data, but myocardial responsiveness to post-rest contraction stimulus and increased extracellular Ca2+ was compromised. The diltiazem promoted higher inhibition on developed tension in obese rats. In addition, there were no changes in the L-type Ca2+ channel protein content and SERCA2a behavior (activity and expression). In conclusion, the myocardial dysfunction caused by obesity is related to L-type Ca2+ channel activity impairment without significant changes in SERCA2a expression and function as well as L-type Ca2+ protein levels. J. Cell. Physiol. 226: 2934-2942, 2011. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Influência de prolongados períodos de obesidade sobre a expressão gênica miocárdica

FUNDAMENTO: Vários autores mostraram que a deterioração da função cardíaca associa-se com o grau e a duração da obesidade. Os padrões de expressão gênica após longos períodos de obesidade precisam ser estabelecidos. OBJETIVO: Este estudo testou a hipótese de que a exposição prolongada à obesidade leva à redução nos níveis de RNAm de proteínas envolvidas na homeostase do Ca2+ miocárdico. Além disso, este estudo avaliou se uma diminuição no hormônio tireoidiano causava redução na expressão de RNAm. MÉTODOS: Ratos Wistar machos de 30 dias de idade foram distribuídos em dois grupos: controle (C) e obeso (Ob). O grupo C recebeu uma dieta padrão e o grupo Ob recebeu dietas hiperlipídicas por 15, 30 e 45 semanas. A obesidade foi definida pelo índice de adiposidade. A expressão gênica foi avaliada por PCR em tempo real quantitativa. RESULTADOS: O índice de adiposidade foi maior no grupo Ob do que no C em todas as etapas. Enquanto a obesidade nas semanas 15 e 45 determinou uma redução no RNAm de Ca2+-ATPase do retículo sarcoplasmático (SERCA2a), trocador Na+/Ca2+ (NCX) e calsequestrina (CSQ), observou-se aumento da expressão do RNAm de canal de Ca2+ do tipo L, receptor de rianodina, SERCA2a, fosfolamban (PLB), NCX e CSQ após a semana 30, em comparação ao grupo C. Não houve associação significativa entre os níveis de T3 e a expressão de RNAm. CONCLUSÕES: Nossos dados indicam que a obesidade por curtos ou longos períodos de tempo pode promover alteração na expressão gênica de proteínas reguladoras da homeostase do Ca2+ sem influência do hormônio tireoidiano

Guanidine Affects Differentially the Twitch Response of Diaphragm, Extensor Digitorum Longus and Soleus Nerve-Muscle Preparations of Mice

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effect of the gadolinium ion on body fluid regulation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effetti dell'acido urico sulle cellule glomerulari mesangiali: meccanismi intracellulari di trasduzione del segnale e possibili implicazioni nella progressione del danno renale e nella sindrome infiammatoria in corso di nefropatie croniche

Uric acid is a major inducer of inflammation in renal interstitium and may play a role in the progression of renal damage in hyperuricemic subjects with primary nephropathies, renal vascular disease, and essential hypertension. At the same time, UA also acts as a water-soluble scavenger of reactive oxygen species. We evaluated the cellular effects of UA on cultured HMC as a potential interstitial target for abnormally elevated levels in acute and chronic renal disease. Intracellular free Ca2+ ([Ca2+]i) was monitored by microfluorometry of fura 2-loaded cells, while oxidation of intracellularly trapped non-fluorescent 2’,7’-dichlorofluorescein diacetate (DCFHDA, 20 uM) was employed to assess the generation of reactive oxygen species during 12-hr incubations with various concentrations of UA or monosodium urate. Fluorescent metabolites of DCFH-DA in the culture media of HMC were detected at 485/530 nm excitation/emission wavelengths, respectively. UA dose-dependently lowered resting [Ca2+]i (from 102±9 nM to 95±3, 57±2, 48±6 nM at 1-100 uM UA, respectively, p <0.05), leaving responses to vasoconstrictors such as angiotensin II unaffected. The effect was not due to Ca2+/H+ exchange upon acidification of the bathing media, as acetate, glutamate, lactate and other organic acids rather increased [Ca2+]i (to max. levels of 497±42 nM with 0.1 mM acetate). The decrease of [Ca2+]i was abolished by raising extracellular Ca2+ and not due to effects on Ca2+ channels or activation of Ca2+-ATPases, since unaffected by thapsigargin. The process rather appeared sensitive to removal of extracellular Na+ in combination with blockers of Na+/Ca2+ exchange, such as 2’,4’-dichlorobenzamil, pointing to a countertransport mechanism. UA dose-dependently prompted the extracellular release of oxidised DCFH (control 37±2 relative fluorescence units (RFU)/ml, 0.1uM 47±2, 1 uM 48±2, 10 uM 51±4, 0.1 mM 53±4; positive control, 10 uM sodium nitroprusside 92±5 RFU/ml, p<0.01). In summary, UA interferes with Ca2+ transport in cultured HMC, triggering oxidative stress which may initiate a sequence of events leading to interstitial injury and possibly amplifying renal vascular damage and/or the progression of chronic disease.

Studio elettrofisiologico di modificazioni a lungo termine della forza della trasmissione sinaptica nel sistema nervoso centrale

Il nucleo accumbens (NAc), il maggior componente del sistema mesocorticolimbico, è coinvolto nella mediazione delle proprietà di rinforzo e nella dipendenza da diverse sostanze d’abuso. Le sinapsi glutammatergiche del NAc possono esprimere plasticità, tra cui una forma di depressione a lungo termine (LTD) dipendente dagli endocannabinoidi (eCB). Recenti studi hanno dimostrato un’interazione tra le vie di segnalazione del sistema eCB e quelle di altri sistemi recettoriali, compreso quello serotoninergico (5-HT); la vasta colocalizzazione di recettori serotoninergici e CB1 nel NAc suggerisce la possibilità di un’interazione tra questi due sistemi. In questo studio abbiamo riscontrato che una stimolazione a 4 Hz per 20 minuti (LFS-4Hz) delle afferenze glutammatergiche in fettine cerebrali di ratto, induce una nuova forma di eCB-LTD nel core del NAc, che richiede l’attivazione dei recettori CB1 e 5-HT2 e l’apertura dei canali del Ca2+ voltaggio-dipendenti di tipo L. Inoltre abbiamo valutato che l’applicazione esogena di 5-HT (5 M, 20 min) induce una LTD analoga (5-HT-LTD) a livello delle stesse sinapsi, che richiede l’attivazione dei medesimi recettori e l’apertura degli stessi canali del Ca2+; LFS-4Hz-LTD e 5-HT-LTD sono reciprocamente saturanti. Questi risultati suggeriscono che la LFS-4Hz induce il rilascio di 5-HT, che si lega ai recettori 5-HT2 a livello postsinaptico incrementando l’influsso di Ca2+ attraverso i canali voltaggio-dipendenti di tipo L e la produzione e il rilascio di 2-arachidonoilglicerolo; l’eCB viaggia a ritroso e si lega al recettore CB1 a livello presinaptico, causando una diminuzione duratura del rilascio di glutammato, che risulta in una LTD. Queste osservazioni possono essere utili per comprendere i meccanismi neurofisiologici che sono alla base della dipendenza da sostanze d’abuso, della depressione maggiore e di altre malattie psichiatriche caratterizzate dalla disfunzione della neurotrasmissione di 5-HT nel NAc.

Funktionelle Analyse der Plasmamembran-Ca 2+-ATPase 2 -PMCA2- in Modellen der Neurodegeneration

Calcium (Ca2+) ist ein ubiquitär vorkommendes Signalmolekül, das an der Regulation zahlreicher zellulärer Prozesse, von der Proliferation bis zum programmierten Zelltod, beteiligt ist. Daher müssen die intrazellulären Ca2+-Spiegel streng kontrolliert werden. Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziierten Neurodegeneration können dazu beitragen, dass Neuronen vulnerabler sind. So wurden erhöhte Ca2+-Konzentrationen in gealterten Neuronen, begleitet von einer erhöhten Vulnerabilität, beobachtet (Hajieva et al., 2009a). Weiterhin wird angenommen, dass der selektive Untergang von dopaminergen Neuronen bei der Parkinson Erkrankung auf eine erhöhte Ca2+-Last zurückzuführen sein könnte, da diese Neuronen einem ständigen Ca2+-Influx,rnaufgrund einer besonderen Isoform (CaV 1.3) spannungsgesteuerter Ca2+-Kanäle des L-Typs, ausgesetzt sind (Chan et al., 2007). Bislang wurden die molekularen Mechanismen, die einem Ca2+-Anstieg zu Grunde liegen und dessen Auswirkung jedoch nicht vollständig aufgeklärt und daher in der vorliegenden Arbeit untersucht. Um Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziiertenrnNeurodegeneration zu analysieren wurden primäre Mittelhirnzellen aus Rattenembryonen und SH-SY5Y-Neuroblastomazellen mit dem Neurotoxin 1-Methyl-4-Phenyl-Pyridin (MPP+), das bei der Etablierung von Modellen der Parkinson-Erkrankung breite Anwendung findet, behandelt. Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentration wurden mit einem auf dem grün fluoreszierenden Protein (GFP)-basierten Ca2+-Indikator,rn„Cameleon cpYC 3.6“ (Nagai et al., 2004), ermittelt. Dabei wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass MPP+ die Abregulation der neuronenspezifischen ATP-abhängigen Ca2+-Pumpe der Plasmamembran (PMCA2) induziert, die mit der Ca2+-ATPase des endoplasmatischen Retikulums (SERCA) und dem Na+/Ca2+-Austauscher (NCX) das zelluläre Ca2+-Effluxsystem bildet, was zu einer erhöhten zytosolischen Ca2+-Konzentration führt. Die PMCA2-Abnahme wurde sowohl auf Transkriptionsebene als auch auf Proteinebene demonstriert, während keine signifikanten Veränderungen der SERCA- und NCX-Proteinmengen festgestellt wurden. Als Ursache der Reduktion der PMCA2-Expression wurde eine Abnahme des Transkriptionsfaktors Phospho-CREB ermittelt, dessen Phosphorylierungsstatus abhängig von der Proteinkinase A (PKA) war. Dieser Mechanismus wurde einerseits unter MPP+-Einfluss und andererseits vermittelt durch endogene molekulare Modulatoren gezeigt. Interessanterweise konnten die durch MPP+ induzierte PMCA2-Abregulation und der zytosolische Ca2+-Anstieg durch die Aktivierung der PKA verhindert werden. Parallel dazu wurde eine MPP+-abhängige verringerte mitochondriale Ca2+-Konzentration nachgewiesen, welche mit einer Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials korrelierte. Darüber hinaus kam es als Folge der PMCA2-Abnahme zu einem verminderten neuronalen Überleben.rnVeränderungen der Ca2+-Homöostase wurden auch während der normalen Alterung inrnprimären Fibroblasten und bei Mäusen nachgewiesen. Dabei wurden verringerte PMCA und SERCA-Proteinmengen in gealterten Fibroblasten, einhergehend mit einem Anstieg der zytosolischen Ca2+-Konzentration demonstriert. Weiterhin wurden verringerte PMCA2-Proteinmengen im Mittelhirn von gealterten Mäusen (C57B/6) detektiert.rnDer zelluläre Ca2+-Efflux ist somit sowohl im Zuge der physiologischen Alterung als auch in einem altersbezogenen Krankheitsmodell beeinträchtigt, was das neuronale Überleben beeinflussen kann. In zukünftige Studien soll aufgeklärt werden, welche Auswirkungen einer PMCA2-Reduktion genau zu dem Verlust von Neuronen führen bzw. ob durch eine PMCA2-Überexpression neurodegenerative Prozesse verhindert werden können.

Characterization of osteopontin charge forms produced by osteoblasts

Osteopontin (OPN) is a highly-phosphorylated extracellular matrix protein localized in bone, kidney, placenta, T-lymphocytes, macrophages, smooth muscle of the vascular system, milk, urine, and plasma. In ROS 17/2.8 osteoblast-like osteosarcoma cells, 1,25-dihydroxyvitamin D3 [1,25(OH)2D 3] regulates OPN at the transcriptional level resulting in increased steady state mRNA levels and increased production of OPN protein, maximal at 48 hours. Using ROS 17/2.8 cells as an osteoblast model, OPN was purified from culture medium after three hour treatments of either vehicle (ethanol) or 1,25(OH)2D3 via barium citrate precipitation followed by immunoaffinity chromatography. ^ Here, further evidence of regulation of OPN by 1,25(OH)2D 3 at the posttranslational level is presented. Prior to the up-regulation of OPN at the transcriptional level, 1,25(OH)2D3 induces a shift in OPN isoelectric point (pI) detected on two-dimensional gels from pI 4.6 to pI 5.1. Loading equal amounts of [32P]-labeled OPN recovered from ROS 17/2.8 cells exposed to 1,25(OH)2D3 or vehicle alone for three hours reveals that the shift from pI 4.6 to 5.1 is the result of reduced phosphorylation. Using structural analogs to 1,25(OH) 2D3, analog AT [25-(OH)-16-ene-23-yne-D3], which triggers Ca2+ influx through voltage sensitive Ca2+ channels but does not bind to the vitamin D receptor, mimicked the OPN pI shift while analog BT [1,25(OH)2-22-ene-24-cyclopropyl-D 3], which binds to the vitamin D receptor but does not allow Ca 2+ influx, did not. Inclusion of the Ca2+ channel blocker nifedipine also blocks the charge shift conversion of OPN. Further analysis of the signaling pathway initiated by 1,25(OH)2D3 reveals that inhibition of the cyclic 3′,5′ -adenosine monophosphate-dependent kinase, protein kinase A, or inhibition of the cyclic 3′,5′-guanine monophosphate-dependent kinase, protein kinase G, also prevents the charge shift conversion. ^ Isolation of OPN from rat femurs and tibiae provides evidence for the existence of these two OPN charge forms in vivo, evidenced by differential migration on isoelectric focusing gels and sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gels. Peptide sequencing of rat long bone fractions revealed the presence of a presumed dentin specific protein, dentin matrix protein-1 (DMP-1). Western blot analysis confirmed the existence of DMP-1 in these fractions. ^ Using the OPN charge forms in functional assays, it was determined that the charge forms have differential roles in both cell surface and mineralization functions. In cell attachment assays and Ca2+ influx assays using PC-3 prostate cancer cells, the pI 5.1 charge form of OPN was found to permit binding and increase intracellular Ca2+ concentrations of PC-3 cells. The increase in intracellular Ca2+ concentration was found to be integrin αvβ3-dependent. In mineralization assays, the pI 4.6 charge form of OPN promoted hydroxyapatite formation, while the pI 5.1 charge form had improved Ca2+ binding ability. ^ In conclusion, these findings suggest that 1,25(OH) 2D3 regulates OPN not only at the transcriptional level, but also plays a role in determination of the OPN phosphorylation state. The latter involves a short term (less than three hours) treatment and is associated with membrane-initiated Ca2+ influx. Functional assays utilizing the two OPN charge forms reveal the dependence of OPN post-translational state on its function. ^

Files of figures 2, 3 and table

Certain allelochemicals of the marine dinoflagellate Alexandrium tamarense cause lysis of a broad spectrum of target protist cells but the lytic mechanism is poorly defined. We first hypothesized that membrane sterols serve as molecular targets of these lytic compounds, and that differences in sterol composition among donor and target cells may cause insensitivity of Alexandrium and sensitivity of targets to lytic compounds. We investigated Ca2+ influx after application of lytic fractions to a model cell line PC12 derived from a pheochromocytoma of the rat adrenal medulla to establish how the lytic compounds affect ion flux associated with lysis of target membranes. The lytic compounds increased permeability of the cell membrane for Ca2+ ions even during blockade of Ca2+ channels with cadmium. Results of a liposome assay suggested that the lytic compounds did not lyse such target membranes non-specifically by means of detergent-like activity. Analysis of sterol composition of isolates of A. tamarense and of five target protistan species showed that both lytic and non-lytic A. tamarense strains contain cholesterol and dinosterol as major sterols, whereas none of the other tested species contain dinosterol. Adding sterols and phosphatidylcholine to a lysis bioassay with the cryptophyte Rhodomonas salina for evaluation of competitive binding indicated that the lytic compounds possessed apparent high affinity for free sterols and phosphatidylcholine. Lysis of protistan target cells was dose-dependently reduced by adding various sterols or phosphatidylcholine. For three tested sterols, the lytic compounds showed highest affinity towards cholesterol followed by ergosterol and brassicasterol. Cholesterol comprised a higher percentage of total sterols in plasma membrane fractions of A. tamarense than in corresponding whole cell fractions. We conclude therefore that although the molecular targets of the lytic compounds are likely to involve sterol components of membranes, A. tamarense must have a complex self-protective mechanism that still needs to be addressed.