Динамічна взаємодія кальцієвих каналів плазматичної мембрани з внутрішньоклітинними кальцієвими депо в сенсорних нейронах щура

Stepanova I., P. Kostyuk. Possible mechanisms of store-operated entry in rat primary nociceptive neurons, IBRO CEERC Summer school 2005, Hungary.

АНОТАЦІЇ

Дисертацію присвячено дослідженню взаємного внеску кальцієвих каналів плазматичної мембрани, мітохондрій та ендоплазматичного ретикулуму (ЕР) у кальцієву сигналізацію в нейронах спінальних гангліїв малого та середнього діаметра соми. Показано, що у контрольних умовах мітохондрії активно захоплюють Са2+, що надходить в цитозоль через потенціалкеровані канали плазмалеми, обмежуючі амплітуду кальцієвого транзієнта, викликаного деполяризацією плазмалеми на 39%. ЕР, навпаки, підсилює сигнал, викликаний аплікацією гіперкалієвого розчину на 35%. Показано наявність депоактивованих кальцієвих транзієнтів, що виникають у цих клітинах як при активації ріанодинчутливих або інозитол-трифосфатчутливих рецепторів ЕР, так і при спустошенні ЕР через канали витоку шляхом аплікації тапсигаргіну. Проаналізовано різницю в кінетичних характеристиках наростання депоактивованих кальцієвих сигналів і зроблено припущення про можливі причини наявності таких розбіжностей. Проведено дослідження капсаіциніндукованих кальцієвих сигналів, пов'язаних з наявністю ванілоїдних рецепторів на плазматичній мембрані і мембрані ЕР, показано, що чутливість рецепторів плазмалеми майже на порядок вище, ніж їх чутливість у внутрішній мембрані. Доведено участь мітохондрій у формуванні характеристик кальцієвих транзієнтів, пов'язаних з активацією депокерованих та рецепторкерованих кальцієвих каналів плазматичної мембрани.

Ключові слова: первинні сенсорні нейрони, мітохондрії, ендоплазматичний ретикулум, депоактивований вхід Са2+.

Степанова И.В. - Динамическое взаимодействие кальциевых каналов плазматической мембраны с внутриклеточными кальциевыми депо в сенсорных нейронах крыс. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.02 - биофизика. Институт физиологии им. А.А. Богомольца НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена исследованию взаимного вклада кальциевых каналов плазматической мембраны, митохондрий и эндоплазматического ретикулума (ЭР) в кальциевую сигнализацию нейронов спинальных ганглиев малого и среднего диаметра сомы. Показано, что в контрольных условиях митохондрии активно захватывают Са2+, поступающий в цитозоль через потенциалуправляемые каналы плазмалеммы, ограничивая амплитуду кальциевого транзиента, вызванного деполяризацией плазмалеммы на 39%. ЭР, наоборот, усиливает сигнал, вызванный аппликацией гиперкалиевого раствора на 35%. Показано наличие депоактивированных кальциевых транзиентов, которые возникают в исследованных клетках как при активации рианодинчувствительных или инозитолтрифосфатчувствительных рецеп-торов ЭР, так и при опустошении ЭР через каналы утечки путем аппликации тапсигаргина. Проведены исследования капсаицининдуцированных каль-циевых сигналов, связанных с наличием ванилоидных рецепторов на плазма-тической мембране и мембране ЭР, показано, что чувствительность этих рецепторов в плазмалемме почти на порядок выше, чем их чувствительность в мембране ЭР. Показано участие митохондрий в формировании кальциевых транзиентов, связанных с активацией рецепторуправляемых и депозависимых кальциевых каналов.

Ключевые слова: первичные сенсорные нейроны, митохондрии, эндоплазматический ретикулум, депоактивируемый вход Са2+.

Stepanova I.V. - Dynamic interaction of plasma membrane calcium channels with mitochondria and endoplasmic reticulum in primary sensory neurons of rat. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree of the speciality 03.00.02 - biophysics. - Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.

This dissertation is devoted to the investigation of participation of different types of plasma membrane calcium channels, mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) in the formation of intracellular calcium signals in small and middle size rat primary sensory neurons. These neurons pass the nociceptive information directly from the receptors to secondary sensory neurons. The disturbances in calcium homeostasis in these cells are the basis of the perturbation in the transmission of nociceptive information under some pathological conditions leading to nociceptive syndromes such as allodynia or hyperalgesia. It is of great importance to analyze calcium-regulated mechanisms in these cells in details to determine normal contribution of each mechanism in the formation of intracellular calcium signals.

It was shown that mitochondria are the most powerful intracellular calcium-regulated structures in the investigated neurons. They participate in the formation of calcium transients induced by activation of voltage-operated, receptor-operated and store-operated calcium channels, also they take part in the exchange of Ca2+, released from ER. ER participates in calcium signaling and provides the feedback between intracellular calcium stores and plasma membrane calcium channels activated by the depletion of ER. During generation of depolarization-induced intracellular calcium transients mitochondria limit the amplitude of such signals by 39%, at the same time the endoplasmic reticulum amplifies it by 35%. Analysis of calcium exchanges by mitochondria showed significant differences in the case of different sources of intracellular free calcium rise. Under the streptozotocin-induced diabetes calcium exchange by mitochondria and endoplasmic reticulum is changed dramatically. It was shown that diabetes results in a very significant (24%) decrease in the effectiveness of mitochondrial calcium uptake in primary nociceptive neurons, as well as in substantial slowing-down of this process.

The existence of store-operated calcium transients, induced by the depletion of ER by activation of ryanodine-sensitive, InsP3 - sensitive receptors of ER or by leak channels through the blocking of ATPases of ER was shown. The rising phase kinetics of such transients was quite fast in the case of ryanodine-induced depletion of ER with time constant of rising phase ф=8,770,86 s and quite slow in the case of ER depletion by ATP or thapsigargin with ф=33,051,42 s and 28,21,29 s correspondingly. The possible explanation of such differences was proposed. The mitochondria participation in the formation of decay phase of store-operated calcium influx was investigated. The conclusion about the mitochondrial uptake prevention of calcium-dependent inactivation of store-operated calcium channels was made. Sensitivity of vanilloid receptors of plasma membrane and ER was studied. Capsaicine application induced the increase of free calcium concentration in calcium-containing and in calcium-free extracellular solutions. The constants IC50 that characterized the susceptibility of vanilloid receptors were 19 nM and 171 nM in the case of plasma membrane and ER membrane correspondingly. The participation of mitochondria in the formation of capsaicin-induced calcium transients was shown.

It has been concluded, that interaction between plasma membrane calcium channels (voltage-operated, receptor-operated or store-operated), mitochondria and endoplasmic reticulum have an extreme importance for the shaping of intracellular calcium signaling in nociceptive primary sensory neurons.

Keywords: primary sensory neurons, mitochondria, endoplasmic reticulum, store-operated calcium influx.

Размещено на Allbest.ru