Ca2+/Calmodulin-dependent Protein Kinase II Is an Essential Mediator in the Coordinated Regulation of Electrocyte Ca2+-ATPase by Calmodulin and Protein Kinase A
Creators
- 1. Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas
Description
The aim of this study was to investigate (a) whether Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaM kinase II) participates in the regulation of plasma membrane Ca2+-ATPase and (b) its possible cross-talk with other kinase-mediated modulatory pathways of the pump. Using isolated innervated membranes of the electrocytes from Electrophorus electricus L., we found that stimulation of endogenous protein kinase A (PKA) strongly phosphorylated membrane-bound CaM kinase II with simultaneous substantial activation of the Ca2+ pump (≈2-fold). The addition of cAMP (5-50 pm), forskolin (10 nm), or cholera toxin (10 or 100 nm) stimulated both CaM kinase II phosphorylation and Ca2+-ATPase activity, whereas these activation processes were cancelled by an inhibitor of the PKA α-catalytic subunit. When CaM kinase II was blocked by its specific inhibitor KN-93, the Ca2+-ATPase activity decreased to the levels measured in the absence of calmodulin; the unusually high Ca2+ affinity dropped 2-fold; and the PKA-mediated stimulation of Ca2+-ATPase was no longer seen. Hydroxylamine-resistant phosphorylation of the Ca2+-ATPase strongly increased when the PKA pathway was activated, and this phosphorylation was suppressed by inhibition of CaM kinase II. We conclude that CaM kinase II is an intermediate in a complex regulatory network of the electrocyte Ca2+ pump, which also involves calmodulin and PKA. The aim of this study was to investigate (a) whether Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaM kinase II) participates in the regulation of plasma membrane Ca2+-ATPase and (b) its possible cross-talk with other kinase-mediated modulatory pathways of the pump. Using isolated innervated membranes of the electrocytes from Electrophorus electricus L., we found that stimulation of endogenous protein kinase A (PKA) strongly phosphorylated membrane-bound CaM kinase II with simultaneous substantial activation of the Ca2+ pump (≈2-fold). The addition of cAMP (5-50 pm), forskolin (10 nm), or cholera toxin (10 or 100 nm) stimulated both CaM kinase II phosphorylation and Ca2+-ATPase activity, whereas these activation processes were cancelled by an inhibitor of the PKA α-catalytic subunit. When CaM kinase II was blocked by its specific inhibitor KN-93, the Ca2+-ATPase activity decreased to the levels measured in the absence of calmodulin; the unusually high Ca2+ affinity dropped 2-fold; and the PKA-mediated stimulation of Ca2+-ATPase was no longer seen. Hydroxylamine-resistant phosphorylation of the Ca2+-ATPase strongly increased when the PKA pathway was activated, and this phosphorylation was suppressed by inhibition of CaM kinase II. We conclude that CaM kinase II is an intermediate in a complex regulatory network of the electrocyte Ca2+ pump, which also involves calmodulin and PKA. The electrocytes of the electric organs from Electrophorus electricus L. are specialized structures that generate electric potentials and produce electric discharges similar to those of nerve and muscle (1Schoffeniels E. Chagas C. Paes de Carvalho A. Bioelectrogenesis: A Comparative Survey of Its Mechanisms with Particular Emphasis on Electric Fishes. Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam1961: 147-165Google Scholar). It is generally accepted that passive Ca2+ translocation across the membranes of the electrocytes plays a crucial role in the transmission of impulses within the electric organ (2Esquibel M.A. Effect of Calcium and Magnesium on the Neuroelectric Synapses. Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil1970Google Scholar) and that Ca2+ fluxes from the extracellular milieu toward the cytosolic compartment require a huge inwardly directed Ca2+ electrochemical gradient to be maintained (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). Among different mechanisms, the plasma membrane Ca2+-ATPase is responsible for fine-tuning of that Ca2+ disequilibrium (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A. J. Membr. Biol. 1998; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 5Shull G.E. Eur. J. Biochem. 2000; 267: 5284-5290Crossref PubMed Scopus (74) Google Scholar, 6Carafoli E. Brini M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000; 4: 152-161Crossref PubMed Scopus (131) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), which allows the generation of Ca2+ spikes, waves, and oscillations in most of the eukaryotic cells (10Isshiki M. Ando J. Korenaga R. Kogo H. Fujimoto T. Fujita T. Kamiya A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998; 95: 5009-5014Crossref PubMed Scopus (128) Google Scholar, 11Isshiki M. Anderson R.G.W. Cell Calcium. 1999; 26: 201-208Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar, 12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004; 576: 31-35Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). The smaller functional units of the electric organ present in E. electricus L. are the asymmetrically shaped cells called electrocytes, stacked one after another along the axis of the fish (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). One face of the electrocyte is innervated, whereas the other is not (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar), and electrocytes are organized in a capacitor-like structure that allows current flow during discharges (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). Exclusively localized in the innervated face, acetylcholine receptors generate endplate potentials, triggering action potentials (15Keynes R.D. Martins-Ferreira H. J. Physiol. (Lond.). 1953; 119: 315-351Crossref Scopus (120) Google Scholar); the Na+ concentration is restored by the abundant (Na+ + K+)-ATPase resident in both faces (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). With respect to Ca2+ fluxes, an ATP-dependent Ca2+ uptake was described in membranes derived from the electroplax (17Oliveira M.M. Machado R.D. Chagas C. Comp. Biochem. Physiol. C. 1978; 61: 17-22Crossref Scopus (4) Google Scholar), and a high affinity Ca2+-ATPase was shown using a crude homogenate (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983; 40: 1040-1047Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Low affinity Ca2+- or Mg2+-ATPases found in electrocytes (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983; 40: 1040-1047Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar) are probably regulatory ecto-ATPases (19Taffarel M. Coelho-Sampaio T. Teixeira-Ferreira A. Somló C. de Souza W. Machado R.D. Vieyra A. J. Histochem. Cytochem. 1989; 37: 953-959Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar) not involved in Ca2+ transport. The plasma membrane high affinity Ca2+-ATPase is a member of the P-type class of ATPases (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995; 34: 15607-15613Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar) and operates as an electrogenic Ca2+/H+ exchanger, pumping cytosolic Ca2+ to the extracellular space and internalizing H+ at a 1:1 stoichiometry (21Hao L. Rigaud J.L. Inesi G. J. Biol. Chem. 1994; 269: 14268-14275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). The different isoforms of Ca2+-ATPase (8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar) are exquisitely regulated by a great variety of naturally existing mechanisms such as calmodulin, acidic phospholipids, limited proteolysis, protein G subunits, oligomerization, and phosphorylation/dephosphorylation by protein kinases on the C-terminal domain of the pump molecule (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A. J. Membr. Biol. 1998; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar, 23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1981; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 24Benaim G. Zurini M. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1984; 259: 8471-8477Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 25Coelho-Sampaio T. Ferreira S.T. Benaim G. Vieyra A. J. Biol. Chem. 1991; 266: 22266-22272Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 26Filoteo A.G. Enyedi A. Penniston J.T. J. Biol. Chem. 1992; 267: 11800-11805Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 27Wang K.K. Villalobo A. Roufogalis B.D. Trends Cell Biol. 1992; 2: 46-52Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (77) Google Scholar, 28Hofmann F. Anagli J. Carafoli E. Vorherr T. J. Biol. Chem. 1994; 269: 24298-24303Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). As far as we know, there is no information regarding the localization of the plasma membrane Ca2+-ATPase on the surface of the electrocyte and the mechanisms involved in its regulation. The content of calmodulin (CaM) 1The abbreviations used are: CaM, calmodulin; CaM kinase II, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II; PKA, protein kinase A; TFP, trifluoperazine dihydrochloride; CTx, cholera toxin; PKIα, protein kinase A α-catalytic subunit inhibitor; NF, non-innervated face; IF, innervated face; BisTris propane, 1,3-bis(tris(hydroxymethyl)methylamino)propane; CCM, calmodulin-containing membranes; CDM, calmodulin-depleted membranes. 1The abbreviations used are: CaM, calmodulin; CaM kinase II, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II; PKA, protein kinase A; TFP, trifluoperazine dihydrochloride; CTx, cholera toxin; PKIα, protein kinase A α-catalytic subunit inhibitor; NF, non-innervated face; IF, innervated face; BisTris propane, 1,3-bis(tris(hydroxymethyl)methylamino)propane; CCM, calmodulin-containing membranes; CDM, calmodulin-depleted membranes. is especially high in the electric eel (≈1-2% of the total mass) (29Munjaal R.P. Connor C.G. Turner R. Dedman J.R. Mol. Cell. Biol. 1986; 6: 950-954Crossref PubMed Scopus (6) Google Scholar), and immunofluorescence studies have demonstrated that this regulatory peptide is concentrated and organized in both membranes of the electrocytes (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar), thus allowing strong interactions with the membrane transporters, including the Ca2+ pump. Interestingly, the electrocytes are very rich in another regulatory Ca2+-binding protein, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaM kinase II) (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). This multifunctional kinase, which appears to play a pivotal role in Ca2+ signaling and homeostasis (31Means A.R. Mol. Endocrinol. 2000; 14: 4-13Crossref PubMed Scopus (159) Google Scholar, 32Hook S.S. Means A.R. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001; 41: 471-505Crossref PubMed Scopus (405) Google Scholar, 33Hudmon A. Schulman H. Biochem. J. 2002; 364: 593-611Crossref PubMed Scopus (461) Google Scholar) acting as a sensor of Ca2+ fluctuations (9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), is homogeneously spread within the electrocyte (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). The aim of this work was to investigate whether CaM and CaM kinase II interact in a regulatory fashion in the electrocyte Ca2+-ATPase and also their possible interaction with protein kinase A (PKA). High levels of cAMP have been demonstrated in the electric tissue (34Chagas C. Nesralla-Lobão H. Rebello M.A. C. R. Acad. Sci. (Paris). 1972; 274: 1526-1529Google Scholar), where phosphorylation events involving PKA appear to be implicated in the modulation of channel-mediated ion fluxes in the electric membranes (35Emerick M.C. Agnew W.S. Biochemistry. 1989; 28: 8367-8380Crossref PubMed Scopus (26) Google Scholar). Evidence for a coupling between CaM and CaM kinase II in regulating Ca2+-ATPase is described, as well as their interplay with a cAMP stimulatory pathway. This complex regulation of the Ca2+-ATPase (which was found asymmetrically concentrated in the excitable face of the cell) might be indicative of its important role in modulating the electric and chemical activities of the electroplax from E. electricus L. Materials—ATP, cAMP, ouabain, dl-dithiothreitol, β-mercaptoethanol, trifluoperazine dihydrochloride (TFP), cholera toxin (CTx), molecular mass markers, and bovine serum albumin were purchased from Sigma. The CaM kinase II inhibitor KN-93 (N-(2-(N-(chlorocinnamyl)-N-methylaminomethyl)phenyl)-N-(2-hydroxyethyl)-4-methoxybenzene-sulfonamide) was from Calbiochem-Novabiochem. The PKA α-catalytic subunit inhibitors (PKIα), peptide 5-24 and the heat-stable inhibitor (equally efficient at nanomolar concentrations), were from Sigma and Calbiochem-Novabiochem, respectively. Forskolin was from Alomone Labs (Jerusalem, Israel). Deionized water was obtained from a Nanopure II system (Sybron-Barnstead, Newton, MA). All other reagents were of the highest purity available. Preparation of CaM-containing Electrocyte Membranes—E. electricus L. specimens were supplied by the Museu Paraense Emílio Goeldi (Belém, Para, Brazil) and were transported and kept in an aquarium. They were anesthetized with ice-cold water containing 2% urethane and killed by decapitation. Plasma membrane fractions were obtained by differential centrifugation of homogenates of the main electric organ using a sucrose gradient (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). The main electric organs of electric fishes (200-500 g of tissue) were dissected and minced in 250 mm sucrose, 100 mm NaI, 1 mm phenylmethylsulfonyl fluoride, 1 mm β-mercaptoethanol, and 50 mm Tris-HCl (pH 7.4). The fragments were then homogenized in a Virtis apparatus for 1 min at its maximal speed and left overnight in a cold room under gentle stirring. The next day, the homogenate was centrifuged at 5000 × g for 20 min. The pellet was resuspended in a solution containing 250 mm sucrose, 1 mm phenylmethylsulfonyl fluoride, and 50 mm Tris-HCl (pH 7.4); rehomogenized in a blender (three periods of 20 s); and left again overnight. The suspension was filtered with gauze and centrifuged at 5000 × g for 30 min, and the recovered supernatant was centrifuged again at 10,000 × g for 30 min. The sediment containing a fraction enriched with membranes of the anterior non-innervated face (NF) of the electrocyte (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) was resuspended in 250 mm sucrose. The corresponding supernatant was centrifuged at 100,000 × g for 2 h, and the final sediment containing the membranes of the posterior innervated face (IF) of the electrocyte (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) was also resuspended in 250 mm sucrose. These membrane fractions were stored in small flasks under liquid N2. In the IF fraction used in most of the experiments of this work, cytochemical and freeze-fracture studies have shown vesicles together with membrane sheets (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassón-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). Even though there is a larger number of right-side-out vesicles, as in other plasma membrane preparations (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), there is also a population of sealed inside-out vesicles that allows measurement of ATP-dependent 45Ca2+ accumulation in their lumen. Protein determination was carried out using the Folin-phenol method (38Lowry O.H. Rosebrough N.J. Farr A.L. Randall R.J. J. Biol. Chem. 1951; 193: 265-275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) with bovine serum albumin as a standard. Preparation of CaM-depleted Membranes—CaM-depleted innervated membranes were obtained after incubation in mild alkaline (pH 7.8) hypotonic buffer (10 mm Tris-HCl and 2 mm EDTA) according to Niggli et al. (23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1981; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) with slight modifications. Briefly, the membranes (0.2 mg/ml) were preincubated for 10 min in Eppendorf tubes in ice-cold hypotonic buffer. The samples were then centrifuged at 18,000 × g for 15 min, and the sediment was recovered for protein determination and Ca2+-ATPase activity as described (12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004; 576: 31-35Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). Ca2+-ATPase Activity Determination—Except when indicated otherwise, the reaction medium for the Ca2+-ATPase activity assay contained 50 mm BisTris propane buffer (pH 7.4), 125 mm KCl, 5 mm MgCl2, 5 mm ATP, 10 mm NaN3, 200 μm EGTA, and the CaCl2 concentrations needed for the desired free Ca2+ concentrations. Except when the Ca2+ concentration dependence was studied, free Ca2+ was kept at 0.5 μm. Free Ca2+ was calculated using a computer program that took into account the different species involved in the equilibrium between EGTA, Ca2+, ATP, Mg2+, H+, and K+ (39Inesi G. Kurzmack M. Coan C. Lewis D.E. J. Biol. Chem. 1980; 255: 3025-3031Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 40Sorenson M.M. Coelho H.S. Reuben J.P. J. Membr. Biol. 1986; 90: 219-230Crossref PubMed Scopus (72) Google Scholar). The temperature of the assay was 37 °C. The membranes (0.2 mg/ml) were preincubated for 30 min at room temperature in the presence of 3 mm ouabain and the compounds indicated in the corresponding figures and figure legends. The reaction was started by the addition of reaction medium to the preincubated membranes and was arrested after 10 min with 1 volume of activated charcoal in 0.1 n HCl. After centrifugation, aliquots of the supernatants were removed to measure the amount of released Pi following the method of Taussky and Shorr (41Taussky H.H. Shorr E. J. Biol. Chem. 1953; 202: 675-685Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). The Ca2+-ATPase activity was calculated after subtraction of the activity measured in the presence of 2 mm EGTA. Calculation of Kinetic Parameters for Ca2+-ATPase Activity—Data for Ca2+-ATPase activity at a Ca2+ concentration range from 5 nm to 200 μm were simulated with Kinsim (42Barshop B.A. Wrenn R.F. Frieden C. Anal. Biochem. 1983; 130: 134-145Crossref PubMed Scopus (666) Google Scholar), assuming a simplified four-step catalytic cycle with 1:1 stoichiometry of Ca2+ to ATP (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar) (Scheme 1), where k1Cacyt, k2ATP, k3, and k4 are the rate constants of steps 1-4 in the forward direction of the cycle (ATP consumption), respectively, and k-1, k-2ADP, k-3Caext, and k-4Pi are the corresponding rate constants in the backward direction (ATP synthesis). The equilibrium constants K1 = k-1/k1 and K3 = k3/k-3 define the Ca2+ dissociation constants at steps 1 (high affinity stimulatory site) and 3 (low affinity inhibitory site), respectively. Simulations were performed by defining a set of values for the rate constants and setting [ATP] and [Ca2+] to the experimental values. The Ca2+-ATPase activity, calculated at steady state for each [Ca2+], displayed a bell shape dependence on [Ca2+] as the experimental curve. Because various sets of rate constants (Scheme 1) could simulate the same experimental curve, we defined overall parameters that could be directly evaluated from the activity measurements. These parameters are K, the apparent dissociation constant for Ca2+ at the high affinity site; K′, the apparent dissociation constant for Ca2+ at the low affinity site; and Vmax, the maximal activity. It was assumed for simplification that (a) [ATP] and [Ca2+] are constant during the assays (hydrolysis of the nucleotide was <2%; free Ca2+ ≪ total Ca2+, and therefore, it can be considered constant even though there was a small parcel of sealed inside-out vesicles) (see Fig. 2); and (b) the reverse phosphoryl transfer reactions are slow, so that k-2[ADP] (ADP binding and ATP synthesis) and k-4[Pi] (phosphorylation by Pi) are set to zero and k2[ATP] is replaced by k2′. According to the cycle described above (Scheme 1), Ca2+-ATPase can be viewed as a transporter of cytosolic Ca2+, which is inhibited by extracellular Ca2+, and its ATPase activity is as follows ((Eq. 1), (Eq. 2), (Eq. 3), (Eq. 4), (Eq. 5)). V/Eo=Vmax×[Ca2+]cyt/([Ca2+]ext[Ca2+]cyt/K'+[Ca2+]cyt+K)(Eq. 1) Eo=E+CaE+CaE∼P+E-P(Eq. 2) K=K1(k4/k2'+k4/k-1)/(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 3) K'=K3(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 4) Vmax=k4/(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 5) Considering again that, in our experiments, there was only a small parcel of sealed inside-out vesicles (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassón-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), it can be also assumed for simplification that there is no Ca2+ gradient across most of the Ca2+-ATPase molecules (extracellular [Ca2+] = cytosolic [Ca2+]), and thus, Equation 1 becomes Equation 6. V/Eo=Vmax×[Ca2+]/([Ca2+]2/K'+[Ca2+]+K)(Eq. 6) ATP-dependent 45Ca2+ Accumulation—Active Ca2+ transport was measured by filtration using 0.45-μm pore size filters and by liquid scintillation counting. The experiments were started by the addition of the membranes (0.2 mg/ml) to a reaction medium containing 50 mm BisTris propane buffer (pH 7.4), 125 mm K+ (Cl- plus phosphate salts), 5 mm MgCl2, 5 mm ATP, 10 mm NaN3, 40 mm phosphate, 3 mm phosphoenolpyruvate plus 20 units/ml pyruvate kinase (to avoid ADP accumulation), 21.1 μm EGTA, and 15 μm 45CaCl2 (5 × 104 cpm/nmol; 0.5 μm free Ca2+). This combination of EGTA/calcium buffer was chosen to keep total 45CaCl2 as low as possible, thus avoiding high blank values. After 45Ca accumulation attained a plateau, concentrated A23187 (in Me2SO; final concentration of 10 μg/ml) was added to visualize the rapid 45Ca2+ release from the vesicular lumen. Active 45Ca2+ uptake was calculated after subtraction of the radioactivity found in the filters in the absence of ATP. SDS-PAGE and Immunoblotting—After SDS-PAGE (15% acrylamide) of the innervated membranes, the separated proteins were transferred to a nitrocellulose membrane (Protran™, Schleicher & Schüll) and incubated with the desired antibodies. The antibodies against plasma membrane Ca2+-ATPase (clone 5f10) and N-terminal CaM kinase II (amino acids 7-20) were from Affinity BioReagents (Golden, CO) and Calbiochem-Novabiochem, respectively. The rabbit phospho-Ser/Thr PKA substrate polyclonal antibody was from Cell Signaling Technology (Beverly, MA). The bound antibodies were detected using the ECL™ system (Amersham Biosciences, Buckinghamshire, UK) and X-Omat™ diagnostic film (Eastman Kodak Co., Resende, Brazil). Gels of the SDS-treated membranes and molecular mass standards were run in parallel and were then stained with Coomassie Brilliant Blue. Determination of CaM content in the IF was carried out by densitometric analysis of gels stained with Coomassie Brilliant Blue using purified bovine brain CaM as a standard. Hydroxylamine-resistant Phosphorylation of Ca2+-ATPase—Direct regulatory phosphorylation of the Ca2+ pump was assayed as described previously for the Na+ pump (43Caruso-Neves C. Rangel L.B. Vives D. Vieyra A. Coka-Guevara S. Lopes A.G. Biochim. Biophys. Acta. 2000; 1468: 107-114Crossref PubMed Scopus (28) Google Scholar) with slight modifications. Briefly, the membranes were preincubated for 15 min with the reaction medium employed to measure ATPase activity (0.5 μm Ca2+; no ATP) in the presence of CTx, KN-93, and PKIα in the combinations described in the legend to Fig. 9. The reaction was started by adding 2 mm [γ-32P]ATP (5 × 107 cpm/μmol), and 5 min later, the assays were mixed with a concentrated solution of hydroxylamine in 0.5 m citrate buffer (pH 5.5) to give a final concentration of 1 m. After vortexing for 5 min, the reaction was stopped with ice-cold 30% trichloroacetic acid. The samples were centrifuged at 2500 rpm for 25 min in a clinical centrifuge, and the precipitates were washed three times with citrate buffer and immediately used for protein determination and SDS-PAGE (7.5% acrylamide). The gels were exposed for 6 h to a phosphor screen and analyzed using a PhosphorImager to measure the intensity of the 140-kDa 32P-phosphorylated bands recognized by antibody 5f10. The Ca2+-ATPase activity was measured in membranes derived from both the IFs and NFs of polarized electrocytes. As shown in Fig. 1A, the activity was 10-fold higher in the IF compared with that in the NF. Because the acetylcholinesterase activity (the marker of the IF) is 10-fold lower in the NF (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), the Ca2+-ATPase activity of this fraction probably reflects contamination with contralateral membranes. Thus, in this work, we examined the regulation of the Ca2+-ATPase resident in the IF. Fig. 1A (inset) shows the immunodetection of a band of 140 kDa recognized by monoclonal antibody 5f10, raised against a common epitope between amino acids 724 and 783 of the human erythrocyte Ca2+-ATPase, which are conserved in all isoforms of the plasma membrane Ca2+ pump (22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar, 44Borke J.L. Caride A. Verma A.K. Penniston J.T. Kumar R. Am. J. Physiol. 1989; 257: R842-R849Crossref PubMed Google Scholar), indicating that the enzyme of electrocyte origin shares structural properties with other Ca2+-ATPases of the P2-type ATPase family (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995; 34: 15607-15613Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar). To investigate Ca2+ affinities of the pump in this especially CaM- and CaM kinase II-rich system (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar), the dependence of ATPase activity on the free Ca2+ concentration was studied. The biphasic variation of the activity in the presence of increasing free calcium concentrations ranging from 5 nm to 200 μm is shown in Fig. 1B. Fitting Equation 6 (see "Experimental Procedures") to the experimental data allows to determine the values for the three global parameters defined above (Equations 3-5) as K = 21 nm, K′= 12 μm, and Vmax = 16 nmol of Pi/mg/min, therefore revealing an enzyme with an extremely high affinity for Ca2+. Fig. 1C shows that there was no difference in Ca2+-ATPase activity in either the absence or presence of thapsigargin, indicating that contamination of the preparation with reticular membranes is negligible (45Sagara Y. Inesi G. J. Biol. Chem. 1991; 266: 13503-13506Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Moreover, the sealed inside-out vesicles present in the preparation (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassón-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), as in others (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), were able to accumulate 45Ca2+ in their lumen in the presence of 0.5 μm free Ca2+ (Fig. 2). This capacity to transport Ca2+ at a concentration that also stimulated hydrolytic activity (Fig. 1B) and at comparable initial rates (Fig. 2, inset) gives strong support to the view that the Ca2+-ATPase activity is due to the electrocyte Ca2+ pump. Fig. 3A shows the response of electrocyte Ca2+-ATPase to CaM depletion and CaM inactivation. When the membranes were depleted of their endogenous CaM, Ca2+-ATPase activity decreased to 50% of the control value measured in the untreated preparation (calmodulin-containing membranes (CCM)), a maximal activity that could be restored after the addition of 50 nm CaM. The same 50% inhibition was seen in the presence of the well known CaM antagonist TFP (46Yamaotsu N. Suga M. Hirono S. Biopolymers. 2000; 58: 410-421Crossref Scopus (13) Google Scholar), which had no effect on calmodulin-depleted membranes (CDM). In addition, the Ca2+ curve of ATPase activity in the presence of 50 μm TFP showed an apparent >10-fold lower Ca2+ affinity (data not shown), reaching a value similar to that found for the non-poisoned plasma membrane Ca2+ pump from other different sources in the presence of CaM (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). Densitometric comparison of the CaM content of the IF (40 μg of the total protein) with a purified standard (2.5 μg) allowed us to estimate that CaM corresponds to ≈5% of the total IF proteins (Fig. 3B, inset), in agr
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
كان الهدف من هذه الدراسة هو التحقيق في (أ) ما إذا كان بروتين كيناز II المعتمد على Ca2 +/ calmodulin (CaM kinase II) يشارك في تنظيم غشاء البلازما Ca2 +-ATPase و (ب) تشابكه المحتمل مع المسارات التعديلية الأخرى للمضخة بوساطة الكيناز. باستخدام الأغشية المعصبة المعزولة للخلايا الكهربائية من Electrophorus electricus L.، وجدنا أن تحفيز البروتين الداخلي كيناز A (PKA) المرتبط بقوة بالغشاء CaM kinase II مع تنشيط كبير متزامن لمضخة Ca2 + (~ 2 - fold). أدت إضافة cAMP (5-50 مساءً) أو forskolin (10 نانومتر) أو توكسين الكوليرا (10 أو 100 نانومتر) إلى تحفيز كل من فسفرة CaM kinase II ونشاط Ca2+-ATPase، في حين تم إلغاء عمليات التنشيط هذه بواسطة مثبط للوحدة الفرعية PKA α - catalytic. عندما تم حظر CaM kinase II بواسطة مثبطه المحدد KN -93، انخفض نشاط Ca2 +- ATPase إلى المستويات المقاسة في غياب calmodulin ؛ انخفض تقارب Ca2 + المرتفع بشكل غير عادي مرتين ؛ ولم يعد التحفيز بوساطة PKA لـ Ca2 +- ATPase مرئيًا. زادت الفسفرة المقاومة للهيدروكسيل أمين لـ Ca2 +- ATPase بقوة عند تنشيط مسار PKA، وتم قمع هذه الفسفرة عن طريق تثبيط CaM kinase II. نستنتج أن CaM kinase II هو وسيط في شبكة تنظيمية معقدة لمضخة Ca2 + الكهربية، والتي تتضمن أيضًا calmodulin و PKA. كان الهدف من هذه الدراسة هو التحقيق في (أ) ما إذا كان بروتين كيناز II المعتمد على Ca2 +/ calmodulin (CaM kinase II) يشارك في تنظيم غشاء البلازما Ca2 +-ATPase و (ب) تشابكه المحتمل مع المسارات التعديلية الأخرى للمضخة بوساطة الكيناز. باستخدام الأغشية المعصبة المعزولة للخلايا الكهربائية من Electrophorus electricus L.، وجدنا أن تحفيز البروتين الداخلي كيناز A (PKA) المرتبط بقوة بالغشاء CaM kinase II مع تنشيط كبير متزامن لمضخة Ca2 + (~ 2 - fold). أدت إضافة cAMP (5-50 مساءً) أو forskolin (10 نانومتر) أو توكسين الكوليرا (10 أو 100 نانومتر) إلى تحفيز كل من فسفرة CaM kinase II ونشاط Ca2+-ATPase، في حين تم إلغاء عمليات التنشيط هذه بواسطة مثبط للوحدة الفرعية PKA α - catalytic. عندما تم حظر CaM kinase II بواسطة مثبطه المحدد KN -93، انخفض نشاط Ca2 +- ATPase إلى المستويات المقاسة في غياب calmodulin ؛ انخفض تقارب Ca2 + المرتفع بشكل غير عادي مرتين ؛ ولم يعد التحفيز بوساطة PKA لـ Ca2 +- ATPase مرئيًا. زادت الفسفرة المقاومة للهيدروكسيل أمين لـ Ca2 +- ATPase بقوة عند تنشيط مسار PKA، وتم قمع هذه الفسفرة عن طريق تثبيط CaM kinase II. نستنتج أن CaM kinase II هو وسيط في شبكة تنظيمية معقدة لمضخة Ca2 + الكهربية، والتي تتضمن أيضًا calmodulin و PKA. الخلايا الكهربائية للأعضاء الكهربائية من Electrophorus electricus L. هي هياكل متخصصة تولد إمكانات كهربائية وتنتج تصريفات كهربائية مماثلة لتلك الخاصة بالأعصاب والعضلات (1Schoffeniels E. Chagas C. Paes de Carvalho A. Bioelectrogenesis: مسح مقارن لآلياتها مع التركيز بشكل خاص على الأسماك الكهربائية. Elsevier Science Publishers B. V.، Amsterdam 1961: 147-165 الباحث العلمي من Google). من المقبول عمومًا أن الانتقال السلبي لـ Ca2 + عبر أغشية الخلايا الكهربائية يلعب دورًا حاسمًا في نقل النبضات داخل العضو الكهربائي (2 Esquibel M.A. تأثير الكالسيوم والمغنيسيوم على المشابك العصبية الكهربائية. الجامعة الفيدرالية في ريو دي جانيرو، ريو دي جانيرو، البرازيل1970 الباحث العلمي من Google) وأن تدفقات Ca2 + من الوسط خارج الخلية نحو الحجرة الخلوية تتطلب الحفاظ على تدرج كهروكيميائي ضخم موجه داخليًا Ca2 + (3Carafoli E. Physiol. مراجعة 1991 ؛ 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) الباحث العلمي من Google). من بين الآليات المختلفة، يكون غشاء البلازما Ca2+- ATPase مسؤولاً عن الضبط الدقيق لاختلال التوازن Ca2 + (3Carafoli E. Physiol. مراجعة. 1991 ؛ 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) الباحث العلمي من Google، 4Penniston JT Enyedi AJ Membr. Biol. 1998; 165: 101-109 Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 5Shull G.E. Eur. J. Biochem. 2000; 267: 5284-5290 Crossref PubMed Scopus (74) Google Scholar, 6Carafoli E. Brini M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000; 4: 152-161 Crossref PubMed Scopus (131) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31 Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001; 81: 21-50 Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ؛ 36: 107-260 Crossref PubMed Scopus (424) الباحث العلمي من Google)، والذي يسمح بتوليد طفرات وأمواج وتذبذبات Ca2 + في معظم الخلايا حقيقية النواة (10 Isshiki M. Ando J. Korenaga R. Kogo H. Fujimoto T. Fujita T. Kamiya A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998; 95: 5009-5014 Crossref PubMed Scopus (128) Google Scholar, 11 Isshiki M. Anderson R.G.W. Cell Calcium. 1999 ؛ 26: 201-208 Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar، 12Tortelote GG Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker - Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004 ؛ 576: 31-35 Crossref PubMed Scopus (23) الباحث العلمي من Google). الوحدات الوظيفية الأصغر للعضو الكهربائي الموجود في E. electricus L. هي الخلايا غير المتماثلة الشكل التي تسمى الخلايا الكهربائية، مكدسة واحدة تلو الأخرى على طول محور السمكة (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ؛ 119: 225-241 Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). يتم تعصيب وجه واحد من الكريات الكهربائية، في حين أن الآخر ليس كذلك (14 Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar)، ويتم تنظيم الخلايا الكهربائية في هيكل يشبه المكثف يسمح بتدفق التيار أثناء التفريغ (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ؛ 119: 225-241 Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). تولد مستقبلات الأسيتيل كولين المترجمة حصريًا في الوجه المعصوب، إمكانات الصفيحة الطرفية، مما يؤدي إلى إطلاق إمكانات العمل (15Keynes R.D. Martins - Ferreira HJ Physiol. (لندن.). 1953 ؛ 119: 315-351 Crossref Scopus (120) الباحث العلمي من Google) ؛ يتم استعادة تركيز Na+ بواسطة المقيم الوفير (Na++ K +)- ATPase في كلا الوجهين (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes - Tavares N. Ribeiro M.G. Hassoñ - Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). فيما يتعلق بتدفقات Ca2+، تم وصف امتصاص Ca2+ المعتمد على ATP في الأغشية المستمدة من electroplax (17Oliveira M.M. Machado R.D. Chagas C. Comp. Biochem. Physiol. C. 1978; 61: 17-22 Crossref Scopus (4) Google Scholar)، وتم عرض تقارب عالٍ Ca2 +- ATPase باستخدام متجانس خام (18Amende L.M. Chock S.P. Albers RWJ Neurochem. 1983 ؛ 40: 1040-1047 Crossref PubMed Scopus (4) الباحث العلمي من Google). تقارب منخفض Ca2+- أو Mg2+- ATPases موجود في الخلايا الكهربائية (18Amende L.M. Chock S.P. Albers RWJ Neurochem. 1983 ؛ 40: 1040-1047 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar) هي على الأرجح ecto - ATPases التنظيمية (19Taffarel M. Coelho - Sampaio T. Teixeira - Ferreira A. SomlóC. de Souza W. Machado R.D. Vieyra AJ Histochem. Cytochem. 1989 ؛ 37: 953-959 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar) غير مشارك في نقل Ca2 +. غشاء البلازما عالي التقارب Ca2 +- ATPase هو عضو في فئة P - type من ATPases (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995 ؛ 34: 15607-15613 Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar) ويعمل كمبادل Ca2 +/ H + كهربي، يضخ Ca2 + الخلوي إلى الفضاء خارج الخلية ويستوعب H+ عند قياس متكافئ 1:1 (21Hao L. Rigaud J.L. Inesi G. J. Biol. Chem. 1994; 269: 14268-14275 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). الأشكال المتماثلة المختلفة لـ Ca2+- ATPase (8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. مراجعة 2001 ؛ 81: 21-50 يتم تنظيم Crossref PubMed Scopus (474) الباحث العلمي من Google، 22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998 ؛ 292: 191-197 Crossref PubMed Scopus (82) الباحث العلمي من Google) بشكل رائع من خلال مجموعة كبيرة ومتنوعة من الآليات الموجودة بشكل طبيعي مثل calmodulin، والدهون الفوسفاتية الحمضية، والتحلل البروتيني المحدود، والوحدات الفرعية للبروتين G، والقلة، والفسفرة/إزالة الفسفرة بواسطة كينازات البروتين على نطاق C - terminal لجزيء المضخة (3Carafoli E. Physiol. مراجعة. 1991 ؛ 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) الباحث العلمي من Google، 4Penniston JT Enyedi AJ Membr. بيول. 1998 ؛ 165: 101-109 Crossref PubMed Scopus (157) الباحث العلمي من Google، 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31 Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ؛ 36: 107-260 Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar، 23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli EJ Biol. Chem. 1981; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 24Benaim G. Zurini M. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1984; 259: 8471-8477 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 25Coelho - Sampaio T. Ferreira S.T. Benaim G. Vieyra A. J. Biol. Chem. 1991; 266: 22266-22272 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 26Filoteo A.G. Enyedi A. Penniston J.T. J. Biol. Chem. 1992; 267: 11800-11805 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 27Wang K.K. Villalobo A. Roufogalis B.D. Trends Cell Biol. 1992 ؛ 2: 46-52 ملخص النص الكامل PDF PubMed Scopus (77) الباحث العلمي من Google، 28Hofmann F. Anagli J. Carafoli E. Vorherr T. J. Biol. Chem. 1994 ؛ 269: 24298-24303 ملخص النص الكامل PDF PubMed Google Scholar). على حد علمنا، لا توجد معلومات تتعلق بموضع غشاء البلازما Ca2 +- ATPase على سطح الكرية الكهربائية والآليات المشاركة في تنظيمها. محتوى calmodulin (CaM) 1 الاختصارات المستخدمة هي: CaM, calmodulin; CaM kinase II, Ca2 +/ calmodulin - dependent protein kinase II; PKA, protein kinase A; TFP, trifluoperazine dihydrochloride; CTx, cholera toxin; PKIα, protein kinase A α - catalytic subunit inhibitor; NF, non - nervated face; IF, nervated face; BisTris propane, 1,3 - bis (tris(hydroxymethyl)methylamino)propane; CCM, calmodulin - containing membranes; CDM, calmodulin - depleted membranes. 1 الاختصارات المستخدمة هي: CaM, calmodulin; CaM kinase II, Ca2 +/ calmodulin - dependent protein kinase II; PKA, protein kinase A; TFP, trifluoperazine dihydrochloride; CTx, cholera toxin; PKIα, protein kinase A α - catalytic subunit inhibitor; NF, non - intervated face; IF, nervated face; BisTris propane, 1,3 - bis (tris(hydroxymethyl)methylamino)propane; CCM, calmodulin - containing membranes; CDM, calmodulin - depleted membranes. is especially high in the electric eel (≈1-2% of the total mass) (29Munjaal R.P. Connor C.G. Turner R. Dedman J.R. Mol. الخلية. بيول. 1986 ؛ 6: 950-954 كروسريف بوبميد سكوبس (6) الباحث العلمي من جوجل)، وقد أظهرت دراسات التألق المناعي أن هذا الببتيد التنظيمي يتركز وينظم في كل من أغشية الخلايا الكهربائية (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ؛ 119: 225-241 Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar)، مما يسمح بتفاعلات قوية مع ناقلات الأغشية، بما في ذلك مضخة Ca2 +. ومن المثير للاهتمام أن الخلايا الكهربائية غنية جدًا ببروتين تنظيمي آخر مرتبط بـ Ca2 +، وهو بروتين كيناز Ca2 +/ كالمودولين المعتمد على البروتين II (CaM kinase II) (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ؛ 118: 81-91 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). هذا الكيناز متعدد الوظائف، والذي يبدو أنه يلعب دورًا محوريًا في إشارات Ca2 + والتوازن (31Means A.R. Mol. Endocrinol. 2000; 14: 4-13 Crossref PubMed Scopus (159) Google Scholar, 32Hook S.S. Means A.R. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001; 41: 471-505 Crossref PubMed Scopus (405) Google Scholar, 33Hudmon A. Schulman H. Biochem. J. 2002; 364: 593-611 Crossref PubMed Scopus (461) Google Scholar) يعمل كمستشعر لتقلبات Ca2 + (9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ؛ 36: 107-260 Crossref PubMed Scopus (424) الباحث العلمي من Google)، ينتشر بشكل متجانس داخل الكريات الكهربائية (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ؛ 118: 81-91 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). كان الهدف من هذا العمل هو التحقيق فيما إذا كان CaM و CaM kinase II يتفاعلان بطريقة تنظيمية في الكريات الكهربائية Ca2+- ATPase وأيضًا تفاعلهما المحتمل مع البروتين كيناز A (PKA). تم عرض مستويات عالية من cAMP في الأنسجة الكهربائية (34Chagas C. Nesralla - Loba o H. Rebello M.A.C.R. Acad. الخيال العلمي. (باريس). 1972 ؛ 274: 1526-1529 الباحث العلمي من Google)، حيث يبدو أن أحداث الفسفرة التي تنطوي على PKA متورطة في تعديل تدفقات الأيونات بوساطة القناة في الأغشية الكهربائية (35Emerick M.C. Agnew W.S. Biochemistry. 1989 ؛ 28: 8367-8380 Crossref PubMed Scopus (26) الباحث العلمي من Google). تم وصف دليل على وجود اقتران بين CaM و CaM kinase II في تنظيم Ca2 +- ATPase، بالإضافة إلى تفاعلهما مع مسار تحفيز cAMP. قد يكون هذا التنظيم المعقد لـ Ca2 +- ATPase (الذي تم العثور عليه مركزًا بشكل غير متماثل في الوجه القابل للانفعال للخلية) مؤشرًا على دوره المهم في تعديل الأنشطة الكهربائية والكيميائية للهيكل الكهربائي من E. electricus L. Materials - ATP و cAMP و ouabain و dl - dithiothreitol و β - mercaptoethanol و triifluoperazine dihydrochloride (TFP) وسم الكوليرا (CTx) وعلامات الكتلة الجزيئية وألبومين مصل الأبقار تم شراؤها من Sigma. مثبط CaM kinase II KN -93 (N -( 2 -( N -( chlorocinnamyl )- N - methylaminomethyl)phenyl )- N-( 2 - hydroxyethyl )-4 - methoxybenzene - sulfonamide) كان من Calbiochem - Novabiochem. كانت مثبطات الوحدة الفرعية الحفازة PKA (PKIα)، الببتيد 5-24 والمثبط المستقر للحرارة (بنفس الكفاءة عند التركيزات النانومولية)، من Sigma و Calbiochem - Novabiochem، على التوالي. كان فورسكولين من مختبرات ألومون (القدس، إسرائيل). تم الحصول على الماء منزوع الأيونات من نظام Nanopure II (Sybron - Barnstead، Newton، MA). كانت جميع الكواشف الأخرى من أعلى درجات النقاء المتاحة. تم توفير تحضير أغشية الخلايا الكهربائية التي تحتوي على CaM - E. electricus L. من قبل متحف Paraense EmilioGoeldi (بيليم، بارا، البرازيل) وتم نقلها وحفظها في حوض السمك. تم تخديرهم بماء بارد يحتوي على 2 ٪ يوريثان وقتلوا بقطع الرأس. تم الحصول على كسور غشاء البلازما عن طريق الطرد المركزي التفاضلي لمجانسات العضو الكهربائي الرئيسي باستخدام تدرج السكروز (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes - Tavares N. Ribeiro M.G. Hassoñ - VolochA. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). تم تشريح الأعضاء الكهربائية الرئيسية للأسماك الكهربائية (200-500 جم من الأنسجة) وتقطيعها إلى سكروز 250 مم، و 100 مم NaI، وفلوريد فينيل ميثيل سلفونيل 1 مم، و 1 مم β - ميركابتو إيثانول، و 50 مم Tris - HCl (الرقم الهيدروجيني 7.4). ثم تم تجانس الشظايا في جهاز Virtis لمدة دقيقة واحدة بسرعة قصوى وتركها طوال الليل في غرفة باردة مع التحريك اللطيف. في اليوم التالي، تم طرد المتجانس مركزيًا عند 5000 × جم لمدة 20 دقيقة. تم إعادة تعليق الحبيبة في محلول يحتوي على سكروز 250 مم، وفلوريد فينيل ميثيل سلفونيل 1 مم، و 50 مم تريس- HCl (الرقم الهيدروجيني 7.4) ؛ أعيد تجنيسه في خلاط (ثلاث فترات من 20 ثانية) ؛ وترك مرة أخرى بين عشية وضحاها. تم ترشيح المعلق بالشاش وطرده مركزيًا عند 5000 × جم لمدة 30 دقيقة، وتم طرد المادة الطافية المستردة مرة أخرى عند 10000 × جم لمدة 30 دقيقة. الرواسب التي تحتوي على جزء مخصب بأغشية الوجه الأمامي غير المعصوب (NF) للخلايا الكهربائية (14 Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. تم إعادة تعليق Cell Res. 1963 ؛ 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) في سكروز 250 مم. تم طرد المادة الطافية المقابلة عند 100000 × جم لمدة ساعتين، والرواسب النهائية التي تحتوي على أغشية الوجه المعصوب الخلفي (IF) للخلايا الكهربائية (14 Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. تم إعادة تعليق Cell Res. 1963; 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) أيضًا في سكروز 250 مم. تم تخزين هذه الكسور الغشائية في قوارير صغيرة تحت السائل N2. في الجزء IF المستخدم في معظم تجارب هذا العمل، أظهرت دراسات الكيمياء الخلوية والكسور المتجمدة الحويصلات جنبًا إلى جنب مع أوراق الغشاء (36de Souza W. Benchimol M. Somlo ؟ C. Machado R.D. Hasso ؟ n - Voloch A. Cell Tissue Res. 1979 ؛ 202: 275-281 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). على الرغم من وجود عدد أكبر من الحويصلات على الجانب الأيمن، كما هو الحال في مستحضرات غشاء البلازما الأخرى (37 Boumendil - Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94 Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar)، هناك أيضًا مجموعة من الحويصلات المغلقة من الداخل إلى الخارج والتي تسمح بقياس تراكم 45Ca2 + المعتمد على ATP في تجويفها. تم تحديد البروتين باستخدام طريقة Folin - phenol (38Lowry O.H. Rosebrough N.J. Farr A.L. Randall R.J. Biol. Chem. 1951; 193: 265-275 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) مع ألبومين مصل البقر كمعيار. تحضير الأغشية المعصبة المستنفدة لـ CaM - تم الحصول على الأغشية المعصبة المستنفدة لـ CaM بعد الحضانة في منطقة عازلة قلوية خفيفة (الأس الهيدروجيني 7.8) منخفضة التوتر (10 مم Tris - HCl و 2 مم EDTA) وفقًا لـ Niggli et al. (23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli EJ Biol. Chem. 1981; 256: 395-401 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) مع تعديلات طفيفة. باختصار، تم تحضين الأغشية (0.2 مجم/مل) مسبقًا لمدة 10 دقائق في أنابيب إيبندورف في منطقة عازلة منخفضة التوتر باردة مثلجة. ثم تم طرد العينات مركزيًا عند 18000 × جم لمدة 15 دقيقة، وتم استرداد الرواسب لتحديد البروتين ونشاط Ca2 +- ATPase كما هو موضح (12Tortelote GG Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker - Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004 ؛ 576: 31-35 Crossref PubMed Scopus (23) الباحث العلمي من Google). تحديد نشاط Ca2 +-ATPase - باستثناء عندما يشار إلى خلاف ذلك، احتوى وسط التفاعل لاختبار نشاط Ca2 +-ATPase على 50 مم من عازل البروبان BisTris (الرقم الهيدروجيني 7.4)، 125 مم KCl، 5 مم MgCl2، 5 مم ATP، 10 مم NaN3، 200 ميكرومتر EGTA، وتركيزات CaCl2 اللازمة لتركيزات Ca2 + الحرة المطلوبة. باستثناء عندما تمت دراسة الاعتماد على تركيز Ca2 +، تم الاحتفاظ بـ Ca2 + الحر عند 0.5 ميكرومتر. تم حساب Ca2 + الحر باستخدام برنامج كمبيوتر يأخذ في الاعتبار الأنواع المختلفة المشاركة في التوازن بين EGTA و Ca2 + و ATP و Mg2 + و H + و K+ (39Inesi G. Kurzmack M. Coan C. Lewis D.E. J. Biol. Chem. 1980; 255: 3025-3031 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 40Sorenson M.M. Coelho H.S. Reuben J.P. J. Membr. بيول. 1986 ؛ 90: 219-230 كروسريف بوبميد سكوبس (72) الباحث العلمي من جوجل). كانت درجة حرارة الاختبار 37 درجة مئوية. تم تحضين الأغشية (0.2 مجم/مل) مسبقًا لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة في وجود وابين 3 مم والمركبات المشار إليها في الأشكال المقابلة والأشكال التوضيحية. بدأ التفاعل بإضافة وسط تفاعل إلى الأغشية المحتضنة مسبقًا وتم إيقافه بعد 10 دقائق بحجم 1 من الفحم المنشط في 0.1 n حمض الهيدروكلوريك. بعد الطرد المركزي، تمت إزالة أجزاء من المواد الطافية لقياس كمية Pi المنبعثة باتباع طريقة Taussky و Shorr (41Taussky H.H. Shorr EJ Biol. Chem. 1953; 202: 675-685 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). تم حساب نشاط Ca2 +- ATPase بعد طرح النشاط المقاس في وجود EGTA 2 مم. تم محاكاة حساب المتغيرات الحركية لنشاط Ca2 +-ATPase لنشاط Ca2+-ATPase عند نطاق تركيز Ca2 + من 5 نانومتر إلى 200 ميكرومتر باستخدام Kinsim (42Barshop B.A. Wrenn r.f. Frieden C. Anal. الكيمياء الحيوية. 1983 ؛ 130: 134-145 Crossref PubMed Scopus (666) الباحث العلمي من Google)، بافتراض دورة تحفيزية مبسطة من أربع خطوات مع قياس الكيمياء 1:1 من Ca2+ إلى ATP (3 Carafoli E. Physiol. مراجعة. 1991 ؛ 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) الباحث العلمي من Google) (المخطط 1)، حيث k1Cacyt و k2ATP و k3 و k4 هي ثوابت معدل الخطوات 1-4 في الاتجاه الأمامي للدورة (استهلاك ATP)، على التوالي، و k -1 و k -2ADP و k -3Caext و k -4Pi هي ثوابت المعدل المقابلة في الاتجاه الخلفي (تخليق ATP). تحدد ثوابت التوازن K1 = k -1/k1 و K3 = k3/k -3 ثوابت التفكك Ca2 + عند الخطوات 1 (موقع التحفيز عالي التقارب) و 3 (موقع مثبط منخفض التقارب)، على التوالي. تم إجراء المحاكاة من خلال تحديد مجموعة من القيم لثوابت المعدل وضبط [ATP] و [Ca2 +] على القيم التجريبية. أظهر نشاط Ca2 +- ATPase، المحسوب في حالة ثابتة لكل [Ca2 +]، اعتمادًا على شكل جرس على [Ca2 +] كمنحنى تجريبي. نظرًا لأن مجموعات مختلفة من ثوابت المعدل (المخطط 1) يمكن أن تحاكي نفس المنحنى التجريبي، فقد حددنا المعلمات الإجمالية التي يمكن تقييمها مباشرة من قياسات النشاط. هذه المعلمات هي K، ثابت التفكك الظاهري لـ Ca2+ في موقع التقارب العالي ؛ K′، ثابت التفكك الظاهري لـ Ca2+ في موقع التقارب المنخفض ؛ و Vmax، النشاط الأقصى. كان من المفترض للتبسيط أن (أ) [ATP] و [Ca2 +] ثابتان أثناء المقايسات (كان التحلل المائي للنيوكليوتيد أقل من 2 ٪ ؛ Ca2 + إجمالي Ca2 + الحر، وبالتالي، يمكن اعتباره ثابتًا على الرغم من وجود حزمة صغيرة من الحويصلات الداخلية والخارجية المغلقة) (انظر الشكل 2 )؛ و (ب) تفاعلات نقل الفوسفوريل العكسي بطيئة، بحيث يتم ضبط k -2[ADP] (ربط ADP وتخليق ATP) و k -4[Pi] (الفسفرة بواسطة Pi) على الصفر ويتم استبدال k2 [ATP] بـ k2′. وفقًا للدورة الموضحة أعلاه (المخطط 1)، يمكن النظر إلى Ca2 +- ATPase على أنه ناقل لـ Ca2 + الخلوي، والذي يتم تثبيطه بواسطة Ca2 + خارج الخلية، ويكون نشاط ATPase الخاص به على النحو التالي ((المعادلة 1)، (المعادلة 2)، (المعادلة 3)، (المعادلة 4)، (المعادلة 5)). V/Eo=Vmax×[Ca2 +]cyt /([ Ca2 +]ext[Ca2 +]cyt/K '+[ Ca2+]cyt+K)(المعادلة 1) Eo=E+CaE+ CaE+ P+E - P (المعادلة 2) K= K1 (k4/k2 '+ k4/k -1 )/( 1+ k4/k3 + k4/k2 ')(المعادلة 3) K'=K3(1+k4/k3+ k4/k2 ')(المعادلة 4) Vmax= k4 /( 1+k4/k3 + k4/k2 ')(المعادلة 5) بالنظر مرة أخرى إلى أنه في تجاربنا، لم يكن هناك سوى حزمة صغيرة من الحويصلات المغلقة من الداخل إلى الخارج (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassoñ - Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar)، يمكن افتراض أيضًا للتبسيط أنه لا يوجد تدرج Ca2 + عبر معظم جزيئات Ca2 +- ATPase (خارج الخلية [Ca2 +] = cytosolic [Ca2 +])، وبالتالي، تصبح المعادلة 1 المعادلة 6. V/Eo=Vmax×[Ca2 +]/([ Ca2 +]2/K '+[ Ca2 +]+ K)(المعادلة 6) تم قياس النقل المعتمد على ATP 45Ca2 + التراكم النشط Ca2 + عن طريق الترشيح باستخدام مرشحات حجم المسام 0.45 ميكرومتر وعن طريق عد الوميض السائل. بدأت التجارب بإضافة الأغشية (0.2 مجم/مل) إلى وسط تفاعل يحتوي على 50 مم من عازل البروبان BisTris (pH 7.4)، 125 مم K+ (أملاح Cl - plus phosphate)، 5 مم MgCl2، 5 مم ATP، 10 مم NaN3، 40 مم فوسفات، 3 مم فوسفونول بيروفات بالإضافة إلى 20 وحدة/مل من كيناز البيروفات (لتجنب تراكم ADP)، 21.1 ميكرومتر EGTA، و 15 ميكرومتر 45CaCl2 (5 × 104 cpm/nmol ؛ 0.5 ميكرومتر من Ca2 +). تم اختيار هذا المزيج من عازل EGTA/الكالسيوم للحفاظ على إجمالي 45CaCl2 منخفضًا قدر الإمكان، وبالتالي تجنب القيم الفارغة العالية. بعد أن وصل تراكم 45Ca إلى هضبة، تمت إضافة A23187 المركزة (في Me2SO ؛ التركيز النهائي 10 ميكروغرام/مل) لتصور الإطلاق السريعلـ 45Ca2 + من التجويف الحويصلي. تم حساب امتصاص 45Ca2 + النشط بعد طرح النشاط الإشعاعي الموجود في المرشحات في حالة عدم وجود ATP. SDS - PAGE و Immunoblotting - بعد SDS - PAGE (15 ٪ أكريلاميد) من الأغشية المعصبة، تم نقل البروتينات المنفصلة إلى غشاء نيتروسليلوز (Protran™، Schleicher & Schu? l) وحضنتها بالأجسام المضادة المطلوبة. كانت الأجسام المضادة ضد غشاء البلازما Ca2+- ATPase (المستنسخ 5f10) و N - terminal CaM kinase II (الأحماض الأمينية 7-20) من Affinity BioReagents (Golden، CO) و Calbiochem - Novabiochem، على التوالي. كان الجسم المضاد متعدد النسيلة لركيزة أرنب الفوسفو سير/Thr PKA من تقنية الإشارة الخلوية (بيفرلي، ماساتشوستس). تم اكتشاف الأجسام المضادة المرتبطة باستخدام نظام ECL™ (Amersham Biosciences، Buckinghamshire، UK) وفيلم تشخيص X - Omat™ (Eastman Kodak Co.، Resende، Brazil). تم تشغيل المواد الهلامية للأغشية المعالجة بـ SDS ومعايير الكتلة الجزيئية بالتوازي ثم تم تلطيخها بـ Coomassie Brilliant Blue. تم تحديد محتوى CaM في IF من خلال تحليل قياس الكثافة للمواد الهلامية الملطخة بـ Coomassie Brilliant Blue باستخدام دماغ الأبقار المنقى CaM كمعيار. تم فحص الفسفرة التنظيمية المقاومة للهيدروكسيل أمين لمضخة Ca2 + - ATPase - Direct لمضخة Ca2 + كما هو موضح سابقًا لمضخة Na+ (43 Caruso - Neves C. Rangel L.B. Vives D. Vieyra A. Coka - Guevara S. Lopes A.G. Biochim. Biophys. Acta. 2000; 1468: 107-114 Crossref PubMed Scopus (28) Google Scholar) مع تعديلات طفيفة. باختصار، تم تحضين الأغشية مسبقًا لمدة 15 دقيقة باستخدام وسط التفاعل المستخدم لقياس نشاط ATPase (0.5 ميكرومتر من Ca2 +؛ لا يوجد ATP) في وجود CTx و KN -93 و PKIα في التوليفات الموضحة في وسيلة الإيضاح إلى الشكل 9. بدأ التفاعل بإضافة 2 مم [γ -32P]ATP (5 × 107 cpm/μmol)، وبعد 5 دقائق، تم خلط المقايسات بمحلول مركز من هيدروكسيل أمين في محلول عازلة سترات 0.5 متر (pH 5.5) لإعطاء تركيز نهائي قدره 1 متر. بعد الدوامة لمدة 5 دقائق، تم إيقاف التفاعل مع حمض ثلاثي كلورو أسيتيك المثلج بنسبة 30 ٪. تم طرد العينات مركزيًا عند 2500 دورة في الدقيقة لمدة 25 دقيقة في جهاز طرد مركزي سريري، وتم غسل الرواسب ثلاث مرات باستخدام عازل السيترات واستخدامها على الفور لتحديد البروتين و SDS - PAGE (7.5 ٪ أكريلاميد). تم تعريض المواد الهلامية لمدة 6 ساعات لفحص الفوسفور وتحليلها باستخدام جهاز تصوير الفوسفور لقياس شدة العصابات الفسفورية 140 - kDa 32P التي يتعرف عليها الجسم المضاد 5f10. تم قياس نشاط Ca2 +- ATPase في الأغشية المشتقة من كل من IFs و NFs من الخلايا الكهربية المستقطبة. كما هو موضح في الشكل 1 أ، كان النشاط أعلى بمقدار 10 أضعاف في IF مقارنة بالنشاط في NF. لأن نشاط إنزيم الأسيتيل كولينستريز (علامة IF) أقل بعشرة أضعاف في NF (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes - Tavares N. Ribeiro M.G. Hassoñ -VolochA. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar)، ربما يعكس نشاط Ca2 +- ATPase لهذا الجزء التلوث بالأغشية المقابلة. وهكذا، في هذا العمل، درسنا تنظيم Ca2 +- ATPase المقيم في IF. يوضح الشكل 1A (INSET) الكشف المناعي لنطاق من 140 كيلو دالتون معترف به من قبل الجسم المضاد أحادي النسيلة 5f10، تم رفعه ضد حاتمة مشتركة بين الأحماض الأمينية 724 و 783 من كريات الدم الحمراء البشرية Ca2 +- ATPase، والتي يتم الحفاظ عليها في جميع الأشكال المتساوية لغشاء البلازما Ca2 + مضخة (22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998 ؛ 292: 191-197 Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar، 44Borke J.L. Caride A. Verma A.K. Penniston J.T. Kumar R. Am. J. Physiol. 1989; 257: R842 - R849Crossref PubMed Google Scholar)، مما يشير إلى أن إنزيم أصل الخلايا الكهربائية يشترك في خصائص هيكلية مع Ca2 + - ATPases أخرى من عائلة ATPase من النوع P2 (20Lutsenko S. Kaplan JH Biochemistry. 1995 ؛ 34: 15607-15613 Crossref PubMed Scopus (414) الباحث العلمي من Google). للتحقيق في تقارب Ca2 + للمضخة في هذا النظام الغني بـ CaM - و CaM kinase II بشكل خاص (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman JR. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ؛ 118: 81-91 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar)، تمت دراسة اعتماد نشاط ATPase على تركيز Ca2 + الحر. يظهر الاختلاف ثنائي الطور للنشاط في وجود تركيزات متزايدة من الكالسيوم الحر تتراوح من 5 نانومتر إلى 200 ميكرومتر في الشكل. 1 ب. يسمح تركيب المعادلة 6 (انظر "الإجراءات التجريبية ") على البيانات التجريبية بتحديد قيم المعلمات العالمية الثلاثة المحددة أعلاه (المعادلات 3-5) على أنها K = 21 نانومتر، K′= 12 ميكرومتر، و Vmax = 16 نانومول من Pi/mg/min، وبالتالي الكشف عن إنزيم له تقارب عالٍ للغاية لـ Ca2+. يوضح الشكل 1 ج أنه لم يكن هناك فرق في نشاط Ca2+- ATPase في غياب أو وجود thapsigargin، مما يشير إلى أن تلوث المستحضر بالأغشية الشبكية لا يكاد يذكر (45 Sagara Y. Inesi G. J. Biol. Chem. 1991; 266: 13503-13506 Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). علاوة على ذلك، فإن الحويصلات المغلقة من الداخل إلى الخارج موجودة في التحضير (36de Souza W. Benchimol M. SomlóC. Machado R.D. Hassoñ - Voloch A. Cell Tissue Res. 1979 ؛ 202: 275-281 Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar)، كما هو الحال في الآخرين (37 Boumendil - Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94 Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar)، تمكنوا من تجميع 45Ca2 + في تجويفهم في وجود 0.5 ميكرومتر من Ca2 + (الشكل 2). هذه القدرة على نقل Ca2 + بتركيز يحفز أيضًا النشاط التحليلي المائي (الشكل 1 ب) وبمعدلات أولية مماثلة (الشكل 2، إدراج) يعطي دعمًا قويًا للرأي القائل بأن نشاط Ca2+- ATPase يرجع إلى مضخة Ca2 + الكهربية. يوضح الشكل 3 أ استجابة الكريات الكهربائية Ca2+- ATPase لاستنفاد CaM وتعطيل CaM. عندما تم استنفاد الأغشية من CaM الذاتية، انخفض نشاط Ca2 +- ATPase إلى 50 ٪ من قيمة التحكم المقاسة في المستحضر غير المعالج (الأغشية المحتوية على الكالمودولين (CCM))، وهو نشاط أقصى يمكن استعادته بعد إضافة 50 نانومتر من CaM. شوهد نفس التثبيط بنسبة 50 ٪ في وجود مضاد CaM المعروف TFP (46Yamaotsu N. Suga M. Hirono S. Biopolymers. 2000 ؛ 58: 410-421 Crossref Scopus (13) Google Scholar)، والتي لم يكن لها أي تأثير على الأغشية المستنفدة للهدوء (CDM). بالإضافة إلى ذلك، أظهر منحنى Ca2 + لنشاط ATPase في وجود TFP 50 ميكرومتر تقاربًا أقل من Ca2 + 10 أضعاف (لم يتم عرض البيانات)، حيث وصلت إلى قيمة مماثلة لتلك الموجودة لمضخة غشاء البلازما Ca2 + غير السامة من مصادر مختلفة أخرى في وجود CaM (3Carafoli E. Physiol. مراجعة 1991 ؛ 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) الباحث العلمي من Google). سمحت لنا مقارنة الكثافة لمحتوى CaM في IF (40 ميكروغرام من إجمالي البروتين) بمعيار نقي (2.5 ميكروغرام) بتقدير أن CaM يتوافق مع ≈5 ٪ من إجمالي بروتينات IF (الشكل 3B, INSET), in agrTranslated Description (French)
Le but de cette étude était d'étudier (a) si la protéine kinase II Ca2+/calmoduline-dépendante (CaM kinase II) participe à la régulation de la Ca2+-ATPase de la membrane plasmique et (b) son interférence possible avec d'autres voies modulatrices de la pompe médiées par la kinase. En utilisant des membranes innervées isolées des électrocytes d'Electrophorus electricus L., nous avons constaté que la stimulation de la protéine kinase A endogène (PKA) phosphorylait fortement la CaM kinase II liée à la membrane avec une activation simultanée substantielle de la pompe Ca2+ (≈2 fois). L'ajout d'AMPc (17-50 pm), de forskoline (10 nm) ou de toxine cholérique (10 ou 100 nm) a stimulé à la fois la phosphorylation de la CaM kinase II et l'activité de la Ca2+-ATPase, alors que ces processus d'activation ont été annulés par un inhibiteur de la sous-unité α-catalytique PKA. Lorsque la CaM kinase II était bloquée par son inhibiteur spécifique KN-93, l'activité de la Ca2+-ATPase diminuait aux niveaux mesurés en l'absence de calmoduline ; l'affinité inhabituellement élevée pour le Ca2+ diminuait de 2 fois ; et la stimulation médiée par la PKA de la Ca2+-ATPase n'était plus observée. La phosphorylation de la Ca2+-ATPase résistante à l'hydroxylamine augmente fortement lorsque la voie PKA est activée, et cette phosphorylation est supprimée par l'inhibition de la CaM kinase II. Nous concluons que la CaM kinase II est un intermédiaire dans un réseau régulateur complexe de la pompe Ca2+ électrocytaire, qui implique également la calmoduline et le PKA. Le but de cette étude était d'étudier (a) si la protéine kinase II Ca2+/calmoduline-dépendante (CaM kinase II) participe à la régulation de la Ca2+-ATPase de la membrane plasmique et (b) son interférence possible avec d'autres voies modulatrices de la pompe médiées par la kinase. En utilisant des membranes innervées isolées des électrocytes d'Electrophorus electricus L., nous avons constaté que la stimulation de la protéine kinase A endogène (PKA) phosphorylait fortement la CaM kinase II liée à la membrane avec une activation simultanée substantielle de la pompe Ca2+ (≈2 fois). L'ajout d'AMPc (17-50 pm), de forskoline (10 nm) ou de toxine cholérique (10 ou 100 nm) a stimulé à la fois la phosphorylation de la CaM kinase II et l'activité de la Ca2+-ATPase, alors que ces processus d'activation ont été annulés par un inhibiteur de la sous-unité α-catalytique PKA. Lorsque la CaM kinase II était bloquée par son inhibiteur spécifique KN-93, l'activité de la Ca2+-ATPase diminuait aux niveaux mesurés en l'absence de calmoduline ; l'affinité inhabituellement élevée pour le Ca2+ diminuait de 2 fois ; et la stimulation médiée par la PKA de la Ca2+-ATPase n'était plus observée. La phosphorylation de la Ca2+-ATPase résistante à l'hydroxylamine augmente fortement lorsque la voie PKA est activée, et cette phosphorylation est supprimée par l'inhibition de la CaM kinase II. Nous concluons que la CaM kinase II est un intermédiaire dans un réseau régulateur complexe de la pompe Ca2+ électrocytaire, qui implique également la calmoduline et le PKA. Les électrocytes des organes électriques d'Electrophorus electricus L. sont des structures spécialisées qui génèrent des potentiels électriques et produisent des décharges électriques similaires à celles des nerfs et des muscles (1 Schoffeniels E. Chagas C. Paes de Carvalho A. Bioelectrogenesis : A Comparative Survey of Its Mechanisms with Particular Emphasis on Electric Fishes. Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam1961: 147-165Google Scholar). Il est généralement admis que la translocation passive du Ca2+ à travers les membranes des électrocytes joue un rôle crucial dans la transmission des impulsions au sein de l'organe électrique (2Esquibel M.A. Effect of Calcium and Magnesium on the Neuroelectric Synapses. Université fédérale de Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brésil1970Google Scholar) et que les flux de Ca2+ du milieu extracellulaire vers le compartiment cytosolique nécessitent le maintien d'un énorme gradient électrochimique de Ca2+ dirigé vers l'intérieur (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991 ; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). Parmi les différents mécanismes, la membrane plasmique Ca2+-ATPase est responsable du réglage fin de ce déséquilibre Ca2+ (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991 ; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A.J. Membr. Biol. 1998 ; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 5Shull G.E. Eur. J. Biochem. 2000 ; 267: 5284-5290Crossref PubMed Scopus (74) Google Scholar, 6Carafoli E. Brini M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000 ; 4: 152-161Crossref PubMed Scopus (131) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001 ; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001 ; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), qui permet la génération de pics, d'ondes et d'oscillations de Ca2+ dans la plupart des cellules eucaryotes (10Isshiki M. Ando J. Korenaga R. Kogo H. Fujimoto T. Fujita T. Kamiya A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998 ; 95: 5009-5014Crossref PubMed Scopus (128) Google Scholar, 11Isshiki M. Anderson R.G.W. Cell Calcium. 1999 ; 26: 201-208Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar, 12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004 ; 576: 31-35Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). Les unités fonctionnelles plus petites de l'organe électrique présentes dans E. electricus L. sont les cellules de forme asymétrique appelées électrocytes, empilées les unes après les autres le long de l'axe du poisson (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). Une face de l'électrocyte est innervée, tandis que l'autre ne l'est pas (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963 ; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar), et les électrocytes sont organisés en une structure de type condensateur qui permet la circulation du courant pendant les décharges (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). Exclusivement localisés dans le visage innervé, les récepteurs de l'acétylcholine génèrent des potentiels de plaque terminale, déclenchant des potentiels d'action (15Keynes R.D. Martins-Ferreira H.J. Physiol. (Lond.). 1953 ; 119: 315-351Crossref Scopus (120) Google Scholar) ; la concentration en Na+ est restaurée par l'abondante (Na+ + K+)-ATPase résidant dans les deux visages (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004 ; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). En ce qui concerne les flux de Ca2+, une absorption de Ca2+ dépendante de l'ATP a été décrite dans les membranes dérivées de l'électroplax (17Oliveira M.M. Machado R.D. Chagas C. Comp. Biochem. Physiol. C. 1978 ; 61: 17-22Crossref Scopus (4) Google Scholar), et une Ca2+-ATPase de haute affinité a été montrée en utilisant un homogénat brut (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983 ; 40: 1040-1047Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Faible affinité Ca2+- ou Mg2+-ATPases trouvées dans les électrocytes (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983 ; 40: 1040-1047Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar) sont probablement des ecto-ATPases réglementaires (19Taffarel M. Coelho-Sampaio T. Teixeira-Ferreira A. Somló C. de Souza W. Machado R.D. Vieyra A. J. Histochem. Cytochem. 1989 ; 37: 953-959Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar) non impliqué dans le transport du Ca2+. La Ca2+-ATPase de haute affinité de la membrane plasmique est un membre de la classe des ATPases de type P (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995 ; 34: 15607-15613Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar) et fonctionne comme un échangeur électrogène Ca2+/H+, pompant du Ca2+ cytosolique dans l'espace extracellulaire et internalisant H+ à une stœchiométrie 1:1 (21Hao L. Rigaud J.L. Inesi G. J. Biol. Chem. 1994 ; 269: 14268-14275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Les différentes isoformes de la Ca2+-ATPase (8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001 ; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998 ; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar) sont régulés de manière exquise par une grande variété de mécanismes existant naturellement tels que la calmoduline, les phospholipides acides, la protéolyse limitée, les sous-unités protéiques G, l'oligomérisation et la phosphorylation/déphosphorylation par les protéines kinases sur le domaine C-terminal de la molécule pompe (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991 ; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A.J. Membr. Biol. 1998 ; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001 ; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar, 23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E.J. Biol. Chem. 1981 ; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 24 Benaim G. Zurini M. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1984 ; 259: 8471-8477Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 25Coelho-Sampaio T. Ferreira S.T. Benaim G. Vieyra A. J. Biol. Chem. 1991 ; 266: 22266-22272Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 26Filoteo A.G. Enyedi A. Penniston J.T. J. Biol. Chem. 1992 ; 267: 11800-11805Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 27Wang K.K. Villalobo A. Roufogalis B.D. Trends Cell Biol. 1992 ; 2: 46-52Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (77) Google Scholar, 28Hofmann F. Anagli J. Carafoli E. Vorherr T. J. Biol. Chem. 1994 ; 269: 24298-24303Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). À notre connaissance, il n'existe aucune information concernant la localisation de la Ca2+-ATPase de la membrane plasmique à la surface de l'électrocyte et les mécanismes impliqués dans sa régulation. La teneur en calmoduline (CaM) 1Les abréviations utilisées sont : CaM, calmoduline ; CaM kinase II, Ca2+/protéine kinase dépendante de la calmoduline II ; PKA, protéine kinase A ; TFP, dichlorhydrate de trifluopérazine ; CTx, toxine du choléra ; PKIα, inhibiteur de la sous-unité α-catalytique de la protéine kinase A ; NF, face non endurcie ; IF, face innervée ; BisTris propane, 1,3-bis(tris(hydroxyméthyl)méthylamino)propane ; CCM, membranes contenant de la calmoduline ; CDM, membranes appauvries en calmoduline. 1Les abréviations utilisées sont : CaM, calmoduline ; CaM kinase II, Ca2+/protéine kinase dépendante de la calmoduline II ; PKA, protéine kinase A ; TFP, dichlorhydrate de trifluopérazine ; CTx, toxine du choléra ; PKIα, inhibiteur de la sous-unité α-catalytique de la protéine kinase A ; NF, visage non enduré ; IF, visage innervé ; BisTris propane, 1,3-bis(tris(hydroxyméthyl)méthylamino)propane ; CCM, membranes contenant de la calmoduline ; CDM, membranes appauvries en calmoduline. est particulièrement élevé dans l'anguille électrique (≈1-2% de la masse totale) (29Munjaal R.P. Connor C.G. Turner R. Dedman J.R. Mol. Cell. Biol. 1986 ; 6: 950-954Crossref PubMed Scopus (6) Google Scholar), et des études d'immunofluorescence ont démontré que ce peptide régulateur est concentré et organisé dans les deux membranes des électrocytes (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998 ; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar), permettant ainsi de fortes interactions avec les transporteurs membranaires, dont la pompe Ca2+. Fait intéressant, les électrocytes sont très riches en une autre protéine régulatrice de liaison au Ca2+, la protéine kinase II Ca2+/calmoduline-dépendante (CaM kinase II) (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Cette kinase multifonctionnelle, qui semble jouer un rôle central dans la signalisation et l'homéostasie du Ca2+ (31Means A.R. Mol. Endocrinol. 2000 ; 14: 4-13Crossref PubMed Scopus (159) Google Scholar, 32Hook S.S. Means A.R. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001 ; 41: 471-505Crossref PubMed Scopus (405) Google Scholar, 33Hudmon A. Schulman H. Biochem. J. 2002 ; 364: 593-611Crossref PubMed Scopus (461) Google Scholar) agissant comme un capteur de fluctuations de Ca2+ (9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001 ; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), est réparti de manière homogène dans l'électrocyte (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Le but de ce travail était d'étudier si la CaM et la CaM kinase II interagissent de manière régulatrice dans l'électrocyte Ca2+-ATPase et aussi leur interaction possible avec la protéine kinase A (PKA). Des niveaux élevés d'AMPc ont été mis en évidence dans le tissu électrique (34Chagas C. Nesralla-Loba o H. Rebello M.A. C. R. Acad. Sci. (Paris). 1972 ; 274: 1526-1529Google Scholar), où des événements de phosphorylation impliquant PKA semblent être impliqués dans la modulation des flux ioniques médiés par les canaux dans les membranes électriques (35Emerick M.C. Agnew W.S. Biochemistry. 1989 ; 28: 8367-8380Crossref PubMed Scopus (26) Google Scholar). Les preuves d'un couplage entre la CaM et la CaM kinase II dans la régulation de la Ca2+-ATPase sont décrites, ainsi que leur interaction avec une voie de stimulation de l'AMPc. Cette régulation complexe de la Ca2+-ATPase (qui a été trouvée concentrée asymétriquement dans la face excitable de la cellule) pourrait indiquer son rôle important dans la modulation des activités électriques et chimiques de l'électroplax de E. electricus L. Les matériaux-ATP, cAMP, ouabaïne, dl-dithiothréitol, β-mercaptoéthanol, dichlorhydrate de trifluopérazine (TFP), toxine cholérique (CTx), marqueurs de masse moléculaire et albumine de sérum bovin ont été achetés chez Sigma. L'inhibiteur de la CaM kinase II KN-93 (N- (2- (N-(chlorocinnamyl) -N-méthylaminométhyl)phényl)-N-(2-hydroxyéthyl)-4-méthoxybenzène-sulfonamide) provenait de Calbiochem-Novabiochem. Les inhibiteurs de la sous-unité α-catalytique PKA (PKIα), le peptide 5-24 et l'inhibiteur thermostable (tout aussi efficaces à des concentrations nanomolaires), provenaient respectivement de Sigma et de Calbiochem-Novabiochem. La forskoline provenait d'Alomone Labs (Jérusalem, Israël). L'eau désionisée a été obtenue à partir d'un système Nanopure II (Sybron-Barnstead, Newton, MA). Tous les autres réactifs étaient de la plus haute pureté disponible. Préparation des échantillons de membrane électrocytaire contenant du CaM - E. electricus L. ont été fournis par le Museu Paraense Emílio Goeldi (Belém, Para, Brésil) et ont été transportés et conservés dans un aquarium. Ils ont été anesthésiés avec de l'eau glacée contenant 2% d'uréthane et tués par décapitation. Les fractions membranaires plasmatiques ont été obtenues par centrifugation différentielle des homogénats de l'organe électrique principal en utilisant un gradient de saccharose (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004 ; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). Les principaux organes électriques des poissons électriques (200-500 g de tissu) ont été disséqués et hachés dans du saccharose de 250 mm, du NaI de 100 mm, du fluorure de phénylméthylsulfonyle de 1 mm, du β-mercaptoéthanol de 1 mm et du Tris-HCl de 50 mm (pH 7,4). Les fragments ont ensuite été homogénéisés dans un appareil Virtis pendant 1 min à sa vitesse maximale et laissés une nuit en chambre froide sous agitation douce. Le lendemain, l'homogénat a été centrifugé à 5000 x g pendant 20 min. Le culot a été remis en suspension dans une solution contenant 250 mm de saccharose, 1 mm de fluorure de phénylméthylsulfonyle et 50 mm de Tris-HCl (pH 7,4) ; réhomogénéisé dans un mélangeur (trois périodes de 20 s) ; et laissé de nouveau toute la nuit. La suspension a été filtrée avec de la gaze et centrifugée à 5000 × g pendant 30 min, et le surnageant récupéré a été centrifugé à nouveau à 10 000 × g pendant 30 min. Le sédiment contenant une fraction enrichie en membranes de la face antérieure non drainée (NF) de l'électrocyte (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963 ; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) a été remis en suspension dans du saccharose de 250 mm. Le surnageant correspondant a été centrifugé à 100 000 × g pendant 2 h, et le sédiment final contenant les membranes de la face innervée postérieure (FI) de l'électrocyte (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963 ; 29: 42-49Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) a également été remis en suspension dans du saccharose de 250 mm. Ces fractions membranaires ont été stockées dans de petits flacons sous N2 liquide. Dans la fraction IF utilisée dans la plupart des expériences de ce travail, des études cytochimiques et de gel-fracture ont montré des vésicules ainsi que des feuilles membranaires (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979 ; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). Même s'il y a un plus grand nombre de vésicules du côté droit, comme dans d'autres préparations de membrane plasmique (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983 ; 735: 86-94Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), il existe également une population de vésicules scellées à l'envers qui permet de mesurer l'accumulation de 45Ca2+ dépendante de l'ATP dans leur lumière. La détermination des protéines a été effectuée en utilisant la méthode Folin-phénol (38Lowry O.H. Rosebrough N.J. Farr A.L. Randall R.J.J. Biol. Chem. 1951 ; 193: 265-275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) avec de l'albumine de sérum bovin comme standard. Préparation de membranes appauvries en CaM - Des membranes innervées appauvries en CaM ont été obtenues après incubation dans un tampon hypotonique alcalin doux (pH 7,8) (Tris-HCl 10 mm et EDTA 2 mm) selon Niggli et al. (23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E.J. Biol. Chem. 1981 ; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) avec de légères modifications. Brièvement, les membranes (0,2 mg/ml) ont été préincubées pendant 10 min dans des tubes Eppendorf en tampon hypotonique glacé. Les échantillons ont ensuite été centrifugés à 18 000 × g pendant 15 min, et le sédiment a été récupéré pour la détermination des protéines et de l'activité Ca2+-ATPase comme décrit (12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004 ; 576: 31-35Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). Détermination de l'activité de la Ca2+-ATPase - Sauf indication contraire, le milieu réactionnel pour le dosage de l'activité de la Ca2+-ATPase contenait du tampon BisTris propane de 50 mm (pH 7,4), du KCl de 125 mm, du MgCl2 de 5 mm, de l'ATP de 5 mm, du NaN3 de 10 mm, de l'EGTA de 200 μm et les concentrations de CaCl2 nécessaires pour les concentrations de Ca2+ libre souhaitées. Sauf lorsque la dépendance à la concentration de Ca2+ a été étudiée, le Ca2+ libre a été maintenu à 0,5 μm. Le Ca2+ libre a été calculé à l'aide d'un programme informatique qui a pris en compte les différentes espèces impliquées dans l'équilibre entre EGTA, Ca2+, ATP, Mg2 +, H + et K+ (39Inesi G. Kurzmack M. Coan C. Lewis D.E. J. Biol. Chem. 1980 ; 255: 3025-3031Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 40Sorenson M.M. Coelho H.S. Reuben J.P. J. Membr. Biol. 1986 ; 90: 219-230Crossref PubMed Scopus (72) Google Scholar). La température du dosage était de 37 °C. Les membranes (0,2 mg/ml) ont été préincubées pendant 30 min à température ambiante en présence de 3 mm d'ouabaïne et des composés indiqués dans les figures et légendes correspondantes. La réaction a été déclenchée par l'ajout de milieu réactionnel sur les membranes préincubées et a été arrêtée après 10 min avec 1 volume de charbon actif dans 0,1 n HCl. Après centrifugation, des aliquotes des surnageants ont été prélevées pour mesurer la quantité de Pi libéré selon la méthode de Taussky et Shorr (41Taussky H.H. Shorr E.J. Biol. Chem. 1953 ; 202: 675-685Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). L'activité Ca2+-ATPase a été calculée après soustraction de l'activité mesurée en présence de 2 mm EGTA. Le calcul des paramètres cinétiques pour l'activité Ca2+-ATPase - Les données pour l'activité Ca2+ -ATPase à une concentration de Ca2 + comprise entre 5 nm et 200 μm ont été simulées avec Kinsim (42Barshop B.A. Wrenn R.F. Frieden C. Anal. Biochem. 1983 ; 130: 134-145Crossref PubMed Scopus (666) Google Scholar), en supposant un cycle catalytique simplifié en quatre étapes avec une stœchiométrie 1:1 de Ca2+ en ATP (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991 ; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar) (Schéma 1), où k1Cacyt, k2ATP, k3 et k4 sont les constantes de vitesse des étapes 1-4 dans le sens avant du cycle (consommation ATP), respectivement, et k-1, k-2ADP, k-3Caext et k-4Pi sont les constantes de vitesse correspondantes dans le sens arrière (synthèse ATP). Les constantes d'équilibre K1 = k-1/k1 et K3 = k3/k-3 définissent les constantes de dissociation de Ca2+ aux étapes 1 (site stimulateur de haute affinité) et 3 (site inhibiteur de faible affinité), respectivement. Les simulations ont été effectuées en définissant un ensemble de valeurs pour les constantes de vitesse et en réglant [ATP] et [Ca2+] sur les valeurs expérimentales. L'activité de la Ca2+-ATPase, calculée à l'état d'équilibre pour chaque [Ca2+], a montré une dépendance de la forme de la cloche sur [Ca2+] comme courbe expérimentale. Parce que divers ensembles de constantes de vitesse (Schéma 1) pourraient simuler la même courbe expérimentale, nous avons défini des paramètres globaux qui pourraient être directement évalués à partir des mesures d'activité. Ces paramètres sont K, la constante de dissociation apparente du Ca2+ au site de haute affinité ; K′, la constante de dissociation apparente du Ca2+ au site de faible affinité ; et Vmax, l'activité maximale. Il a été supposé pour simplifier que (a) [ATP] et [Ca2+] sont constants pendant les dosages (l'hydrolyse du nucléotide était <2 % ; Ca2 + libre + Ca2+ total, et par conséquent, il peut être considéré comme constant même s'il y avait une petite parcelle de vésicules scellées à l'envers) (voir Fig. 2) ; et (b) les réactions de transfert de phosphoryle inverse sont lentes, de sorte que k-2[ADP] (liaison à l'ADP et synthèse de l'ATP) et k-4[Pi] (phosphorylation par Pi) sont mis à zéro et k2[ATP] est remplacé par k2′. Selon le cycle décrit ci-dessus (Schéma 1), la Ca2+-ATPase peut être considérée comme un transporteur de Ca2+ cytosolique, qui est inhibé par le Ca2+ extracellulaire, et son activité ATPase est la suivante ((Eq. 1), (Eq. 2), (Eq. 3), (Eq. 4), (Eq. 5)). V/Eo=Vmax×[Ca2+]cyt/([Ca2+]ext[Ca2+]cyt/K'+[Ca2+]cyt+K)(Eq. 1) Eo=E+CaE+CaE∼P+E-P(Eq. 2) K=K1(k4/k2'+k4/k-1)/(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 3) K'=K3(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 4) Vmax=k4/(1+k4/k3+k4/k2')(Eq. 5) Considérant à nouveau que, dans nos expériences, il n'y avait qu'une petite parcelle de vésicules scellées à l'envers (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979 ; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), on peut également supposer pour simplifier qu'il n'y a pas de gradient de Ca2+ dans la plupart des molécules de Ca2+-ATPase (extracellulaire [Ca2+] = cytosolique [Ca2+]), et donc, l'équation 1 devient l'équation 6. V/Eo=Vmax×[Ca2+]/([Ca2+]2/K'+[Ca2+]+K)(Eq. 6) Le transport actif de Ca2 + avec accumulation de 45Ca2 + dépendant de l'ATP a été mesuré par filtration à l'aide de filtres à pores de 0,45µm et par comptage par scintillation liquide. Les expériences ont commencé par l'ajout des membranes (0,2 mg/ml) à un milieu réactionnel contenant 50 mm de tampon BisTris propane (pH 7,4), 125 mm de K+ (Cl- plus sels de phosphate), 5 mm de MgCl2, 5 mm d'ATP, 10 mm de NaN3, 40 mm de phosphate, 3 mm de phosphoénolpyruvate plus 20 unités/ml de pyruvate kinase (pour éviter l'accumulation d'ADP), 21,1 μm d'EGTA et 15 μm de 45CaCl2 (5 × 104 cpm/nmol ; 0,5 μm de Ca2+ libre). Cette combinaison d'EGTA/tampon de calcium a été choisie pour maintenir le total de 45CaCl2 aussi bas que possible, évitant ainsi des valeurs de blanc élevées. Après que l'accumulation de 45Ca ait atteint un plateau, de l'A23187 concentré (dans Me2SO ; concentration finale de 10 μg/ml) a été ajouté pour visualiser la libération rapide de 45Ca2+ de la lumière vésiculaire. L'absorption active de 45Ca2+ a été calculée après soustraction de la radioactivité trouvée dans les filtres en l'absence d'ATP. SDS-PAGE et Immunoblotting-Après SDS-PAGE (15% acrylamide) des membranes innervées, les protéines séparées ont été transférées sur une membrane de nitrocellulose (Protran™, Schleicher &Schüll) et incubées avec les anticorps souhaités. Les anticorps contre la Ca2+-ATPase de la membrane plasmique (clone 5f10) et la CaM kinase II N-terminale (acides aminés 7-20) provenaient respectivement des bioréactifs d'affinité (Golden, CO) et de Calbiochem-Novabiochem. L'anticorps polyclonal du substrat phospho-Ser/Thr PKA de lapin provenait de Cell Signaling Technology (Beverly, MA). Les anticorps liés ont été détectés à l'aide du système ECL™ (Amersham Biosciences, Buckinghamshire, Royaume-Uni) et du film de diagnostic X-Omat™ (Eastman Kodak Co., Resende, Brésil). Les gels des membranes traitées au SDS et des étalons de masse moléculaire ont été réalisés en parallèle puis colorés au Bleu Brillant de Coomassie. La détermination de la teneur en CaM dans le FI a été effectuée par analyse densitométrique de gels colorés au bleu brillant de Coomassie en utilisant la CaM purifiée du cerveau bovin comme étalon. La phosphorylation régulatrice de Ca2+-ATPase—Direct de la pompe Ca2+ résistante à l'hydroxylamine a été dosée comme décrit précédemment pour la pompe Na+ (43Caruso-Neves C. Rangel L.B. Vives D. Vieyra A. Coka-Guevara S. Lopes A.G. Biochim. Biophys. Acta. 2000 ; 1468: 107-114Crossref PubMed Scopus (28) Google Scholar) avec de légères modifications. Brièvement, les membranes ont été préincubées pendant 15 min avec le milieu réactionnel utilisé pour mesurer l'activité de l'ATPase (0,5 μm Ca2+ ; pas d'ATP) en présence de CTx, KN-93 et PKIα dans les combinaisons décrites dans la légende de la Fig. 9. La réaction a été démarrée en ajoutant 2 mm [γ-32P]ATP (5 × 107 cpm/μmol), et 5 min plus tard, les dosages ont été mélangés avec une solution concentrée d'hydroxylamine dans un tampon citrate de 0,5 m (pH 5,5) pour donner une concentration finale de 1 m. Après 5 min de vortex, la réaction a été arrêtée avec de l'acide trichloracétique glacé à 30%. Les échantillons ont été centrifugés à 2500 tr/min pendant 25 min dans une centrifugeuse clinique, et les précipités ont été lavés trois fois avec du tampon citrate et immédiatement utilisés pour la détermination des protéines et le SDS-PAGE (7,5 % d'acrylamide). Les gels ont été exposés pendant 6 h à un écran de phosphore et analysés à l'aide d'un PhosphorImager pour mesurer l'intensité des bandes phosphorylées 32P de 140 kDa reconnues par l'anticorps 5f10. L'activité Ca2+-ATPase a été mesurée dans les membranes dérivées à la fois des IF et des NF des électrocytes polarisés. Comme le montre la Fig. 1A, l'activité était 10 fois plus élevée dans la FI par rapport à celle de la NF. Parce que l'activité acétylcholinestérase (le marqueur de la FI) est 10 fois plus faible dans la NF (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004 ; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), l'activité Ca2+-ATPase de cette fraction reflète probablement une contamination par des membranes controlatérales. Ainsi, dans ce travail, nous avons examiné la régulation de la Ca2+-ATPase résidente dans la FI. La figure 1A (encart) montre l'immunodétection d'une bande de 140 kDa reconnue par l'anticorps monoclonal 5f10, élevée contre un épitope commun entre les acides aminés 724 et 783 de l'érythrocyte humain Ca2+-ATPase, qui sont conservés dans toutes les isoformes de la pompe Ca2+ de la membrane plasmique (22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998 ; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar, 44Borke J.L. Caride A. Verma A.K. Penniston J.T. Kumar R. Am. J. Physiol. 1989 ; 257 : R842-R849Crossref PubMed Google Scholar), indiquant que l'enzyme d'origine électrocytaire partage des propriétés structurales avec d'autres Ca2+-ATPases de la famille des ATPases de type P2 (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995 ; 34: 15607-15613Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar). Étudier les affinités Ca2+ de la pompe dans ce système particulièrement riche en CaM- et CaM kinase II (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997 ; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar), la dépendance de l'activité de l'ATPase sur la concentration de Ca2+ libre a été étudiée. La variation biphasique de l'activité en présence de concentrations croissantes de calcium libre allant de 5 nm à 200 μm est montrée dans la Fig. 1B. L'ajustement de l'équation 6 (voir « Procédures expérimentales ») aux données expérimentales permet de déterminer les valeurs des trois paramètres globaux définis ci-dessus (équations 3-5) comme K = 21 nm, K′= 12 μm et Vmax = 16 nmol de Pi/mg/min, révélant ainsi une enzyme ayant une affinité extrêmement élevée pour le Ca2+. La figure 1C montre qu'il n'y avait pas de différence dans l'activité de la Ca2+-ATPase en l'absence ou en présence de thapsigargin, ce qui indique que la contamination de la préparation par des membranes réticulaires est négligeable (45Sagara Y. Inesi G. J. Biol. Chem. 1991 ; 266: 13503-13506Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). De plus, les vésicules scellées à l'envers présentes dans la préparation (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979 ; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), comme dans d'autres (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983 ; 735: 86-94Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), ont pu accumuler 45Ca2+ dans leur lumière en présence de 0,5 μm de Ca2+ libre (Fig. 2). Cette capacité à transporter du Ca2+ à une concentration qui stimule également l'activité hydrolytique (Fig. 1B) et à des taux initiaux comparables (Fig. 2, encart) soutient fortement l'idée que l'activité Ca2+-ATPase est due à la pompe Ca2+ électrocytaire. La figure 3A montre la réponse de l'électrocyte Ca2+-ATPase à l'épuisement du CaM et à l'inactivation du CaM. Lorsque les membranes étaient dépourvues de leur CaM endogène, l'activité Ca2+-ATPase diminuait à 50% de la valeur témoin mesurée dans la préparation non traitée (membranes contenant de la calmoduline (CCM)), une activité maximale qui pouvait être restaurée après l'ajout de 50 nm de CaM. La même inhibition de 50% a été observée en présence de l'antagoniste bien connu de la CaM TFP (46Yamaotsu N. Suga M. Hirono S. Biopolymers. 2000 ; 58: 410-421Crossref Scopus (13) Google Scholar), qui n'a eu aucun effet sur les membranes appauvries en calmoduline (CDM). En outre, la courbe Ca2+ de l'activité de l'ATPase en présence de 50 μm de PTF a montré une affinité apparente >10 fois plus faible pour le Ca2+ (données non présentées), atteignant une valeur similaire à celle trouvée pour la pompe Ca2+ à membrane plasmique non empoisonnée provenant d'autres sources différentes en présence de CaM (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991 ; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). La comparaison densitométrique de la teneur en CaM de la FI (40 μg de la protéine totale) avec un étalon purifié (2,5 μg) nous a permis d'estimer que la CaM correspond à ≈5% des protéines totales de la FI (Fig. 3B, encart), en agrTranslated Description (Spanish)
El objetivo de este estudio fue investigar (a) si la proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina (CaM quinasa II) participa en la regulación de la membrana plasmática Ca2+-ATPasa y (b) su posible interferencia con otras vías moduladoras mediadas por quinasas de la bomba. Usando membranas inervadas aisladas de los electrocitos de Electrophorus electricus L., encontramos que la estimulación de la proteína quinasa A endógena (PKA) CaM quinasa II unida a la membrana fuertemente fosforilada con activación sustancial simultánea de la bomba de Ca2+ (≈2 veces). La adición de cAMP (5-50 pm), forskolina (10 nm) o toxina del cólera (10 o 100 nm) estimuló tanto la fosforilación de CaM quinasa II como la actividad Ca2+-ATPasa, mientras que estos procesos de activación fueron cancelados por un inhibidor de la subunidad α-catalítica PKA. Cuando la CaM quinasa II fue bloqueada por su inhibidor específico KN-93, la actividad Ca2+-ATPasa disminuyó a los niveles medidos en ausencia de calmodulina; la afinidad de Ca2+ inusualmente alta disminuyó 2 veces; y la estimulación mediada por pka de Ca2+-ATPasa ya no se observó. La fosforilación resistente a hidroxilamina de la Ca2+-ATPasa aumentó fuertemente cuando se activó la vía PKA, y esta fosforilación se suprimió mediante la inhibición de la CaM quinasa II. Concluimos que la CaM quinasa II es un intermediario en una compleja red reguladora de la bomba de Ca2+ de electrocitos, que también involucra calmodulina y PKA. El objetivo de este estudio fue investigar (a) si la proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina (CaM quinasa II) participa en la regulación de la membrana plasmática Ca2+-ATPasa y (b) su posible interferencia con otras vías moduladoras mediadas por quinasas de la bomba. Usando membranas inervadas aisladas de los electrocitos de Electrophorus electricus L., encontramos que la estimulación de la proteína quinasa A endógena (PKA) CaM quinasa II unida a la membrana fuertemente fosforilada con activación sustancial simultánea de la bomba de Ca2+ (≈2 veces). La adición de cAMP (5-50 pm), forskolina (10 nm) o toxina del cólera (10 o 100 nm) estimuló tanto la fosforilación de CaM quinasa II como la actividad Ca2+-ATPasa, mientras que estos procesos de activación fueron cancelados por un inhibidor de la subunidad α-catalítica PKA. Cuando la CaM quinasa II fue bloqueada por su inhibidor específico KN-93, la actividad Ca2+-ATPasa disminuyó a los niveles medidos en ausencia de calmodulina; la afinidad de Ca2+ inusualmente alta disminuyó 2 veces; y la estimulación mediada por pka de Ca2+-ATPasa ya no se observó. La fosforilación resistente a hidroxilamina de la Ca2+-ATPasa aumentó fuertemente cuando se activó la vía PKA, y esta fosforilación se suprimió mediante la inhibición de la CaM quinasa II. Concluimos que la CaM quinasa II es un intermediario en una compleja red reguladora de la bomba de Ca2+ de electrocitos, que también involucra calmodulina y PKA. Los electrocitos de los órganos eléctricos de Electrophorus electricus L. son estructuras especializadas que generan potenciales eléctricos y producen descargas eléctricas similares a las del nervio y el músculo (1Schoffeniels E. Chagas C. Paes de Carvalho A. Bioelectrogenesis: A Comparative Survey of Its Mechanisms with Particular Emphasis on Electric Fishes. Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam1961: 147-165Google Scholar). En general, se acepta que la translocación pasiva de Ca2+ a través de las membranas de los electrocitos desempeña un papel crucial en la transmisión de impulsos dentro del órgano eléctrico (2Esquibel M.A. Effect of Calcium and Magnesium on the Neuroelectric Synapses. Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil1970Google Scholar) y que los flujos de Ca2+ del medio extracelular hacia el compartimento citosólico requieren que se mantenga un enorme gradiente electroquímico de Ca2+ dirigido hacia adentro (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). Entre los diferentes mecanismos, la membrana plasmática Ca2+-ATPasa es responsable del ajuste fino de ese desequilibrio de Ca2+ (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A. J. Membr. Biol. 1998; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 5Shull G.E. Eur. J. Biochem. 2000; 267: 5284-5290Crossref PubMed Scopus (74) Google Scholar, 6Carafoli E. Brini M. Curr. Opin. Chem. Biol. 2000; 4: 152-161Crossref PubMed Scopus (131) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), que permite la generación de picos, ondas y oscilaciones de Ca2+ en la mayoría de las células eucariotas (10Isshiki M. Ando J. Korenaga R. Kogo H. Fujimoto T. Fujita T. Kamiya A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998; 95: 5009-5014Crossref PubMed Scopus (128) Google Scholar, 11Isshiki M. Anderson R.G.W. Cell Calcium. 1999; 26: 201-208 Crossref PubMed Scopus (123) Google Scholar, 12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004; 576: 31-35 Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). Las unidades funcionales más pequeñas del órgano eléctrico presente en E. electricus L. son las células de forma asimétrica llamadas electrocitos, apiladas una tras otra a lo largo del eje del pez (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). Una cara del electrocito está inervada, mientras que la otra no (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar), y los electrocitos están organizados en una estructura similar a un condensador que permite el flujo de corriente durante las descargas (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar). Localizados exclusivamente en la cara inervada, los receptores de acetilcolina generan potenciales de placa terminal, desencadenando potenciales de acción (15Keynes R.D. Martins-Ferreira H.J. Physiol. (Lond.). 1953; 119: 315-351Crossref Scopus (120) Google Scholar); la concentración de Na+ es restaurada por la abundante (Na+ + K+)-ATPasa residente en ambas caras (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). Con respecto a los flujos de Ca2+, se describió una captación de Ca2+ dependiente de ATP en membranas derivadas del electroplax (17Oliveira M.M. Machado R.D. Chagas C. Comp. Biochem. Physiol. C. 1978; 61: 17-22Crossref Scopus (4) Google Scholar), y se mostró una Ca2+-ATPasa de alta afinidad usando un homogeneizado bruto (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983; 40: 1040-1047 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Ca2+- o Mg2+-ATPasas de baja afinidad encontradas en electrocitos (18Amende L.M. Chock S.P. Albers R.W. J. Neurochem. 1983; 40: 1040-1047 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar) son probablemente ecto-ATPasas reguladoras (19Taffarel M. Coelho-Sampaio T. Teixeira-Ferreira A. Somló C. de Souza W. Machado R.D. Vieyra A. J. Histochem. Cytochem. 1989; 37: 953-959Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar) no involucrado en el transporte de Ca2+. La Ca2+-ATPasa de alta afinidad de la membrana plasmática es un miembro de la clase de ATPasas de tipo P (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995; 34: 15607-15613 Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar) y opera como un intercambiador electrogénico de Ca2+/H+, bombeando Ca2+ citosólico al espacio extracelular e internalizando H+ a una estequiometría 1:1 (21Hao L. Rigaud J.L. Inesi G. J. Biol. Chem. 1994; 269: 14268-14275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Las diferentes isoformas de Ca2+-ATPasa (8Strehler E.E. Zacharias D.A. Physiol. Rev. 2001; 81: 21-50Crossref PubMed Scopus (474) Google Scholar, 22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar) están exquisitamente regulados por una gran variedad de mecanismos existentes naturalmente tales como calmodulina, fosfolípidos ácidos, proteólisis limitada, subunidades de proteína G, oligomerización y fosforilación/desfosforilación por proteínas quinasas en el dominio C-terminal de la molécula de bomba (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar, 4Penniston J.T. Enyedi A. J. Membr. Biol. 1998; 165: 101-109Crossref PubMed Scopus (157) Google Scholar, 7Gromadzinska E. Lachowicz L. Walkowiak B. Zylinska L. Biochim. Biophys. Acta. 2001; 1549: 19-31Crossref PubMed Scopus (11) Google Scholar, 9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260 Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar, 23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1981; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 24Benaim G. Zurini M. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1984; 259: 8471-8477Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 25Coelho-Sampaio T. Ferreira S.T. Benaim G. Vieyra A. J. Biol. Chem. 1991; 266: 22266-22272Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 26Filoteo A.G. Enyedi A. Penniston J.T. J. Biol. Chem. 1992; 267: 11800-11805Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 27Wang K.K. Villalobo A. Roufogalis B.D. Trends Cell Biol. 1992; 2: 46-52Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (77) Google Scholar, 28Hofmann F. Anagli J. Carafoli E. Vorherr T. J. Biol. Chem. 1994; 269: 24298-24303Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Hasta donde sabemos, no hay información sobre la localización de la membrana plasmática Ca2+-ATPasa en la superficie del electrocito y los mecanismos involucrados en su regulación. El contenido de calmodulina (CaM) 1Las abreviaturas utilizadas son: CaM, calmodulina; CaM quinasa II, proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina; PKA, proteína quinasa A; TFP, diclorhidrato de trifluoperazina; CTx, toxina del cólera; PKIα, inhibidor de la subunidad α-catalítica de la proteína quinasa A; NF, cara no inervada; IF, cara inervada; BisTris propano, 1,3-bis(tris(hidroximetil)metilamino)propano; CCM, membranas que contienen calmodulina; CDM, membranas agotadas en calmodulina. 1Las abreviaturas utilizadas son: CaM, calmodulina; CaM quinasa II, proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina; PKA, proteína quinasa A; TFP, diclorhidrato de trifluoperazina; CTx, toxina del cólera; PKIα, inhibidor de la subunidad α-catalítica de la proteína quinasa A; NF, cara no inervada; IF, cara inervada; BisTris propano, 1,3-bis(tris(hidroximetil)metilamino)propano; CCM, membranas que contienen calmodulina; CDM, membranas agotadas en calmodulina. Es especialmente alta en la anguila eléctrica (≈1-2% de la masa total) (29Munjaal R.P. Connor C.G. Turner R. Dedman J.R. Mol. Cell. Biol. 1986; 6: 950-954Crossref PubMed Scopus (6) Google Scholar), y los estudios de inmunofluorescencia han demostrado que este péptido regulador está concentrado y organizado en ambas membranas de los electrocitos (13Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1998; 119: 225-241Crossref PubMed Scopus (55) Google Scholar), permitiendo así fuertes interacciones con los transportadores de membrana, incluyendo la bomba de Ca2+. Curiosamente, los electrocitos son muy ricos en otra proteína reguladora de unión a Ca2+, la proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina (CaM quinasa II) (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). Esta quinasa multifuncional, que parece desempeñar un papel fundamental en la señalización y homeostasis del Ca2+ (31Means A.R. Mol. Endocrinol. 2000; 14: 4-13Crossref PubMed Scopus (159) Google Scholar, 32Hook S.S. Means A.R. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001; 41: 471-505Crossref PubMed Scopus (405) Google Scholar, 33Hudmon A. Schulman H. Biochem. J. 2002; 364: 593-611Crossref PubMed Scopus (461) Google Scholar) que actúa como un sensor de fluctuaciones de Ca2+ (9Carafoli E. Santella L. Branca D. Brini M. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001; 36: 107-260 Crossref PubMed Scopus (424) Google Scholar), se propaga homogéneamente dentro del electrocito (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar). El objetivo de este trabajo fue investigar si CaM y CaM quinasa II interactúan de forma reguladora en el electrocito Ca2+-ATPasa y también su posible interacción con la proteína quinasa A (PKA). Se han demostrado altos niveles de AMPc en el tejido eléctrico (34Chagas C. Nesralla-Lobão H. Rebello M.A. C. R. Acad. Sci. (París). 1972; 274: 1526-1529Google Scholar), donde los eventos de fosforilación que involucran PKA parecen estar implicados en la modulación de los flujos de iones mediados por canales en las membranas eléctricas (35Emerick M.C. Agnew W.S. Biochemistry. 1989; 28: 8367-8380 Crossref PubMed Scopus (26) Google Scholar). Se describe la evidencia de un acoplamiento entre CaM y CaM quinasa II en la regulación de Ca2+-ATPasa, así como su interacción con una vía estimuladora de cAMP. Esta regulación compleja de la Ca2+-ATPasa (que se encontró concentrada asimétricamente en la cara excitable de la célula) podría ser indicativa de su importante papel en la modulación de las actividades eléctricas y químicas del electroplax de E. electricus L. Los materiales -ATP, cAMP, ouabaína, dl-ditiotreitol, β-mercaptoetanol, diclorhidrato de trifluoperazina (TFP), toxina del cólera (CTx), marcadores de masa molecular y albúmina de suero bovino se compraron a Sigma. El inhibidor de la CaM quinasa II KN-93 (N- (2- (N-(clorocinamil)-N-metilaminometil)fenil)-N-(2-hidroxietil)-4-metoxibenceno-sulfonamida) fue de Calbiochem-Novabiochem. Los inhibidores de la subunidad α-catalítica PKA (PKIα), el péptido 5-24 y el inhibidor termoestable (igualmente eficiente a concentraciones nanomolares), fueron de Sigma y Calbiochem-Novabiochem, respectivamente. La forskolina era de Alomone Labs (Jerusalén, Israel). El agua desionizada se obtuvo de un sistema Nanopure II (Sybron-Barnstead, Newton, MA). Todos los demás reactivos eran de la mayor pureza disponible. Preparación de membranas de electrocitos que contienen CaM Los especímenes de E. electricus L. fueron suministrados por el Museu Paraense Emílio Goeldi (Belém, Para, Brasil) y fueron transportados y mantenidos en un acuario. Se anestesiaron con agua helada que contenía 2% de uretano y se mataron por decapitación. Las fracciones de membrana plasmática se obtuvieron mediante centrifugación diferencial de homogeneizados del órgano eléctrico principal utilizando un gradiente de sacarosa (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). Los principales órganos eléctricos de peces eléctricos (200-500 g de tejido) se diseccionaron y picaron en sacarosa 250 mm, NaI 100 mm, fluoruro de fenilmetilsulfonilo 1 mm, β-mercaptoetanol 1 mm y Tris-HCl 50 mm (pH 7,4). A continuación, los fragmentos se homogeneizaron en un aparato Virtis durante 1 min a su velocidad máxima y se dejaron durante la noche en una cámara fría con agitación suave. Al día siguiente, el homogeneizado se centrifugó a 5000 × g durante 20 min. El sedimento se resuspendió en una solución que contenía sacarosa 250 mm, fluoruro de fenilmetilsulfonilo 1 mm y Tris-HCl 50 mm (pH 7,4); se volvió a homogeneizar en un mezclador (tres períodos de 20 s); y se dejó de nuevo durante la noche. La suspensión se filtró con gasa y se centrifugó a 5000 × g durante 30 min, y el sobrenadante recuperado se centrifugó de nuevo a 10.000 × g durante 30 min. El sedimento que contiene una fracción enriquecida con membranas de la cara anterior no inervada (NF) del electrocito (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) se resuspendió en sacarosa 250 mm. El sobrenadante correspondiente se centrifugó a 100,000 × g durante 2 h, y el sedimento final que contenía las membranas de la cara inervada posterior (IF) del electrocito (14Almeida D.F. Castro G.O. Miranda M. Chagas C. Exp. Cell Res. 1963; 29: 42-49 Crossref PubMed Scopus (7) Google Scholar) también se resuspendió en sacarosa de 250 mm. Estas fracciones de membrana se almacenaron en pequeños matraces bajo N2 líquido. En la fracción IF utilizada en la mayoría de los experimentos de este trabajo, los estudios citoquímicos y de fractura por congelación han mostrado vesículas junto con láminas de membrana (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar). A pesar de que hay un mayor número de vesículas del lado derecho, como en otras preparaciones de membrana plasmática (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), también hay una población de vesículas selladas de adentro hacia afuera que permite la medición de la acumulación de 45Ca2+ dependiente de ATP en su lumen. La determinación de proteínas se llevó a cabo utilizando el método Folin-fenol (38 Lowry O.H. Rosebrough N.J. Farr A.L. Randall R.J. J. Biol. Chem. 1951; 193: 265-275Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) con albúmina de suero bovino como estándar. Preparación de membranas empobrecidas en CaM: se obtuvieron membranas inervadas empobrecidas en CaM después de la incubación en amortiguador hipotónico alcalino suave (pH 7.8) (Tris-HCl 10 mm y EDTA 2 mm) de acuerdo con Niggli et al. (23Niggli V. Adunyah E.S. Penniston J.T. Carafoli E. J. Biol. Chem. 1981; 256: 395-401Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar) con ligeras modificaciones. Brevemente, las membranas (0.2 mg/ml) se preincubaron durante 10 min en tubos Eppendorf en amortiguador hipotónico helado. Luego, las muestras se centrifugaron a 18,000 × g durante 15 min, y el sedimento se recuperó para la determinación de proteínas y la actividad de Ca2+-ATPasa como se describe (12Tortelote G.G. Valverde R.H.F. Lemos T. Guilherme A. Einicker-Lamas M. Vieyra A. FEBS Lett. 2004; 576: 31-35 Crossref PubMed Scopus (23) Google Scholar). Determinación de la actividad de Ca2+-ATPasa: salvo que se indique lo contrario, el medio de reacción para el ensayo de actividad de Ca2+-ATPasa contenía tampón de propano BisTris 50 mm (pH 7,4), KCl 125 mm, MgCl2 5 mm, ATP 5 mm, NaN3 10 mm, EGTA 200 μm y las concentraciones de CaCl2 necesarias para las concentraciones de Ca2+ libre deseadas. Excepto cuando se estudió la dependencia de la concentración de Ca2+, el Ca2+ libre se mantuvo a 0,5 μm. El Ca2+ libre se calculó utilizando un programa informático que tuvo en cuenta las diferentes especies involucradas en el equilibrio entre EGTA, Ca2+, ATP, Mg2+, H+ y K+ (39Inesi G. Kurzmack M. Coan C. Lewis D.E.J. Biol. Chem. 1980; 255: 3025-3031Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 40Sorenson M.M. Coelho H.S. Reuben J.P. J. Membr. Biol. 1986; 90: 219-230Crossref PubMed Scopus (72) Google Scholar). La temperatura del ensayo fue de 37 °C. Las membranas (0.2 mg/ml) se preincubaron durante 30 min a temperatura ambiente en presencia de ouabaína de 3 mm y los compuestos indicados en las figuras y leyendas de figuras correspondientes. La reacción se inició mediante la adición de medio de reacción a las membranas preincubadas y se detuvo después de 10 min con 1 volumen de carbón activado en HCl 0.1 n. Después de la centrifugación, se retiraron alícuotas de los sobrenadantes para medir la cantidad de Pi liberado siguiendo el método de Taussky y Shorr (41 Taussky H.H. Shorr E. J. Biol. Chem. 1953; 202: 675-685Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). La actividad de Ca2+-ATPasa se calculó después de restar la actividad medida en presencia de EGTA de 2 mm. Cálculo de parámetros cinéticos para la actividad de Ca2+-ATPasa: los datos para la actividad de Ca2+ -ATPasa en un intervalo de concentración de Ca2 + de 5 nm a 200 μm se simularon con Kinsim (42Barshop B.A. Wrenn R.F. Frieden C. Anal. Biochem. 1983; 130: 134-145Crossref PubMed Scopus (666) Google Scholar), asumiendo un ciclo catalítico simplificado de cuatro etapas con estequiometría 1:1 de Ca2+ a ATP (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153 Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar) (Esquema 1), donde k1Cacyt, k2ATP, k3 y k4 son las constantes de velocidad de los pasos 1-4 en la dirección hacia adelante del ciclo (consumo de ATP), respectivamente, y k-1, k-2ADP, k-3Caext y k-4Pi son las constantes de velocidad correspondientes en la dirección hacia atrás (síntesis de ATP). Las constantes de equilibrio K1 = k-1/k1 y K3 = k3/k-3 definen las constantes de disociación de Ca2+ en los pasos 1 (sitio estimulador de alta afinidad) y 3 (sitio inhibidor de baja afinidad), respectivamente. Las simulaciones se realizaron definiendo un conjunto de valores para las constantes de velocidad y ajustando [ATP] y [Ca2+] a los valores experimentales. La actividad de Ca2+-ATPasa, calculada en estado estacionario para cada [Ca2+], mostró una dependencia de la forma de campana de [Ca2+] como la curva experimental. Debido a que varios conjuntos de constantes de velocidad (Esquema 1) podrían simular la misma curva experimental, definimos parámetros generales que podrían evaluarse directamente a partir de las mediciones de actividad. Estos parámetros son K, la constante de disociación aparente para Ca2+ en el sitio de alta afinidad; K', la constante de disociación aparente para Ca2+ en el sitio de baja afinidad; y Vmax, la actividad máxima. Se asumió para simplificar que (a) [ATP] y [Ca2+] son constantes durante los ensayos (la hidrólisis del nucleótido fue <2%; Ca2 + libre = Ca2+ total, y por lo tanto, puede considerarse constante a pesar de que había un pequeño paquete de vesículas selladas de adentro hacia afuera) (ver Fig. 2); y (b) las reacciones de transferencia inversa de fosforilo son lentas, de modo que k-2[ADP] (unión de ADP y síntesis de ATP) y k-4[Pi] (fosforilación por Pi) se establecen en cero y k2[ATP] se reemplaza por k2′. De acuerdo con el ciclo descrito anteriormente (Esquema 1), la Ca2+-ATPasa se puede ver como un transportador de Ca2+ citosólico, que es inhibido por Ca2+ extracelular, y su actividad ATPasa es la siguiente ((Ec. 1), (Ec. 2), (Ec. 3), (Ec. 4), (Ec. 5)). V/Eo=Vmax×[Ca2+]cyt/([Ca2+]ext[Ca2+]cyt/K'+[Ca2+]cyt+K)(Ec. 1) Eo=E+CaE+CaE~P+E-P(Ec. 2) K=K1(k4/k2'+k4/k-1)/(1+k4/k3+k4/k2')(Ec. 3) K'=K3(1+k4/k3+k4/k2')(Ec. 4) Vmax=k4/(1+k4/k3+k4/k2')(Ec. 5) Teniendo en cuenta nuevamente que, en nuestros experimentos, solo había una pequeña parcela de vesículas selladas de adentro hacia afuera (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), también se puede suponer para simplificar que no hay gradiente de Ca2+ en la mayoría de las moléculas de Ca2+-ATPasa (extracelular [Ca2+] = citosólica [Ca2+]), y por lo tanto, la Ecuación 1 se convierte en la Ecuación 6. V/Eo=Vmax×[Ca2+]/([Ca2+]2/K'+[Ca2+]+K)(Ec. 6) 45Ca2+ dependiente de ATP El transporte activo de Ca2+ se midió por filtración utilizando filtros de tamaño de poro de 0.45μm y por recuento de centelleo líquido. Los experimentos se iniciaron mediante la adición de las membranas (0.2 mg/ml) a un medio de reacción que contenía 50 mm de amortiguador de propano BisTris (pH 7.4), 125 mm de K+ (Cl- más sales de fosfato), 5 mm de MgCl2, 5 mm de ATP, 10 mm de NaN3, 40 mm de fosfato, 3 mm de fosfoenolpiruvato más 20 unidades/ml de piruvato quinasa (para evitar la acumulación de ADP), 21.1 μm de EGTA y 15 μm de 45CaCl2 (5 × 104 cpm/nmol; 0.5 μm de Ca2+ libre). Esta combinación de tampón EGTA/calcio se eligió para mantener el 45CaCl2 total lo más bajo posible, evitando así valores altos en blanco. Después de que la acumulación de 45Ca alcanzó una meseta, se añadió A23187 concentrado (en Me2SO; concentración final de 10 μg/ml) para visualizar la rápida liberación de 45Ca2+ desde el lumen vesicular. La captación activa de 45Ca2+ se calculó después de restar la radiactividad encontrada en los filtros en ausencia de ATP. SDS-PAGE e inmunotransferencia: después de SDS-PAGE (15% de acrilamida) de las membranas inervadas, las proteínas separadas se transfirieron a una membrana de nitrocelulosa (Protran™, Schleicher & Schüll) y se incubaron con los anticuerpos deseados. Los anticuerpos contra la Ca2+-ATPasa de la membrana plasmática (clon 5f10) y la CaM quinasa II N-terminal (aminoácidos 7-20) fueron de Affinity BioReagents (Golden, CO) y Calbiochem-Novabiochem, respectivamente. El anticuerpo policlonal del sustrato fosfo-Ser/Thr PKA de conejo era de Cell Signaling Technology (Beverly, MA). Los anticuerpos unidos se detectaron utilizando el sistema ECL™ (Amersham Biosciences, Buckinghamshire, Reino Unido) y la película de diagnóstico X-Omat™ (Eastman Kodak Co., Resende, Brasil). Los geles de las membranas tratadas con SDS y los estándares de masa molecular se procesaron en paralelo y luego se tiñeron con azul brillante de Coomassie. La determinación del contenido de CaM en el IF se llevó a cabo mediante análisis densitométrico de geles teñidos con Azul Brillante de Coomassie utilizando CaM de cerebro bovino purificado como estándar. Fosforilación resistente a hidroxilamina de Ca2+ -ATPasa La fosforilación reguladora directa de la bomba de Ca2+ se analizó como se describió anteriormente para la bomba de Na+ (43Caruso-Neves C. Rangel L.B. Vives D. Vieyra A. Coka-Guevara S. Lopes A.G. Biochim. Biophys. Acta. 2000; 1468: 107-114Crossref PubMed Scopus (28) Google Scholar) con ligeras modificaciones. En resumen, las membranas se preincubaron durante 15 min con el medio de reacción empleado para medir la actividad ATPasa (0.5 μm Ca2+; sin ATP) en presencia de CTx, KN-93 y PKIα en las combinaciones descritas en la leyenda de la Fig. 9. La reacción se inició añadiendo [γ-32P]ATP 2 mm (5 × 107 cpm/μmol), y 5 min más tarde, los ensayos se mezclaron con una solución concentrada de hidroxilamina en tampón citrato 0,5 m (pH 5,5) para dar una concentración final de 1 m. Después de agitar con vórtex durante 5 min, la reacción se detuvo con ácido tricloroacético al 30% enfriado con hielo. Las muestras se centrifugaron a 2500 rpm durante 25 min en una centrífuga clínica, y los precipitados se lavaron tres veces con tampón citrato y se utilizaron inmediatamente para la determinación de proteínas y SDS-PAGE (acrilamida al 7,5%). Los geles se expusieron durante 6 h a una pantalla de fósforo y se analizaron utilizando un PhosphorImager para medir la intensidad de las bandas fosforiladas 32P de 140 kDa reconocidas por el anticuerpo 5f10. La actividad de Ca2+-ATPasa se midió en membranas derivadas tanto de los IF como de los NF de electrocitos polarizados. Como se muestra en la Fig. 1A, la actividad fue 10 veces mayor en el IF en comparación con la del NF. Debido a que la actividad de acetilcolinesterasa (el marcador del IF) es 10 veces menor en el NF (16Lowe J. Araujo G.M. Pedrenho A.R. Nunes-Tavares N. Ribeiro M.G. Hassón-Voloch A. Biochim. Biophys. Acta. 2004; 1661: 40-46Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), la actividad Ca2+-ATPasa de esta fracción probablemente refleja contaminación con membranas contralaterales. Así, en este trabajo, examinamos la regulación de la Ca2+-ATPasa residente en el FI. La Fig. 1A (recuadro) muestra la inmunodetección de una banda de 140 kDa reconocida por el anticuerpo monoclonal 5f10, producida contra un epítopo común entre los aminoácidos 724 y 783 del eritrocito humano Ca2+-ATPasa, que se conservan en todas las isoformas de la bomba de Ca2+ de la membrana plasmática (22Guerini D. Cell Tissue Res. 1998; 292: 191-197Crossref PubMed Scopus (82) Google Scholar, 44Borke J.L. Caride A. Verma A.K. Penniston J.T. Kumar R. Am. J. Physiol. 1989; 257: R842-R849Crossref PubMed Google Scholar), lo que indica que la enzima de origen electrocítico comparte propiedades estructurales con otras ATPasas Ca2+ de la familia ATPasa tipo P2 (20Lutsenko S. Kaplan J.H. Biochemistry. 1995; 34: 15607-15613 Crossref PubMed Scopus (414) Google Scholar). Investigar las afinidades de Ca2+ de la bomba en este sistema especialmente rico en CaM y CaM quinasa II (30Gotter A.L. Kaetzel M.A. Dedman J.R. Comp. Biochem. Physiol. A. 1997; 118: 81-91 Crossref PubMed Scopus (4) Google Scholar), se estudió la dependencia de la actividad ATPasa de la concentración de Ca2+ libre. La variación bifásica de la actividad en presencia de concentraciones crecientes de calcio libre que varían de 5 nm a 200 μm se muestra en la Fig. 1B. Ajustar la Ecuación 6 (ver "Procedimientos experimentales") a los datos experimentales permite determinar los valores para los tres parámetros globales definidos anteriormente (Ecuaciones 3-5) como K = 21 nm, K'= 12 μm y Vmax = 16 nmol de Pi/mg/min, revelando por lo tanto una enzima con una afinidad extremadamente alta por Ca2+. La Fig. 1C muestra que no hubo diferencia en la actividad de Ca2+-ATPasa en ausencia o presencia de tapsigargina, lo que indica que la contaminación de la preparación con membranas reticulares es insignificante (45Sagara Y. Inesi G. J. Biol. Chem. 1991; 266: 13503-13506Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Además, las vesículas selladas de adentro hacia afuera presentes en la preparación (36de Souza W. Benchimol M. Somló C. Machado R.D. Hassó n-Voloch A. Cell Tissue Res. 1979; 202: 275-281Crossref PubMed Scopus (5) Google Scholar), como en otros (37Boumendil-Podevin E.F. Podevin R.A. Biochim. Biophys. Acta. 1983; 735: 86-94 Crossref PubMed Scopus (84) Google Scholar), fueron capaces de acumular 45Ca2+ en su lumen en presencia de 0.5 μm de Ca2+ libre (Fig. 2). Esta capacidad de transporte de Ca2+ a una concentración que también estimuló la actividad hidrolítica (Fig. 1B) y a tasas iniciales comparables (Fig. 2, recuadro) da un fuerte apoyo a la opinión de que la actividad de Ca2+-ATPasa se debe a la bomba de Ca2+ de electrocitos. La Fig. 3A muestra la respuesta de la Ca2+-ATPasa del electrocito al agotamiento de CaM y la inactivación de CaM. Cuando las membranas se agotaron de su CaM endógeno, la actividad Ca2+-ATPasa disminuyó al 50% del valor de control medido en la preparación no tratada (membranas que contienen calmodulina (CCM)), una actividad máxima que podría restaurarse después de la adición de CaM a 50 nm. La misma inhibición del 50% se observó en presencia del bien conocido antagonista de CaM TFP (46Yamaotsu N. Suga M. Hirono S. Biopolymers. 2000; 58: 410-421 Crossref Scopus (13) Google Scholar), que no tuvo efecto sobre las membranas empobrecidas en calmodulina (CDM). Además, la curva de Ca2+ de actividad ATPasa en presencia de 50 μm TFP mostró una afinidad aparente de Ca2+ >10 veces menor (datos no mostrados), alcanzando un valor similar al encontrado para la bomba de Ca2+ de membrana plasmática no envenenada de otras fuentes diferentes en presencia de CaM (3Carafoli E. Physiol. Rev. 1991; 71: 129-153Crossref PubMed Scopus (572) Google Scholar). La comparación densitométrica del contenido de CaM del IF (40 μg de la proteína total) con un estándar purificado (2.5 μg) nos permitió estimar que el CaM corresponde a ≈5% de las proteínas IF totales (Fig. 3B, recuadro), en agrAdditional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- بروتين كيناز II المعتمد على Ca2 +/Calmodulin هو وسيط أساسي في التنظيم المنسق للكريات الكهربائية Ca2+- ATPase بواسطة Calmodulin وبروتين كيناز A
- Translated title (French)
- La protéine kinase II Ca2+/Calmoduline-dépendante est un médiateur essentiel dans la régulation coordonnée de l'électrocyte Ca2+-ATPase par la calmoduline et la protéine kinase A
- Translated title (Spanish)
- La proteína quinasa II dependiente de Ca2+/calmodulina es un mediador esencial en la regulación coordinada de la Ca2+-ATPasa de electrocitos por la calmodulina y la proteína quinasa A
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2044508449
- DOI
- 10.1074/jbc.m501880200
            
              References
            
          
        - https://openalex.org/W1481506609
- https://openalex.org/W1523503670
- https://openalex.org/W1524116933
- https://openalex.org/W1530822737
- https://openalex.org/W1534226618
- https://openalex.org/W1537228249
- https://openalex.org/W1570910952
- https://openalex.org/W1572182935
- https://openalex.org/W1574978262
- https://openalex.org/W1577394370
- https://openalex.org/W1581266265
- https://openalex.org/W1589135378
- https://openalex.org/W1599011232
- https://openalex.org/W1603617892
- https://openalex.org/W1659153222
- https://openalex.org/W1775749144
- https://openalex.org/W1953600165
- https://openalex.org/W1956266132
- https://openalex.org/W1965039067
- https://openalex.org/W1966841402
- https://openalex.org/W1969087882
- https://openalex.org/W1974682436
- https://openalex.org/W1977925495
- https://openalex.org/W1983205633
- https://openalex.org/W1992652742
- https://openalex.org/W2002027111
- https://openalex.org/W2003915704
- https://openalex.org/W2007629902
- https://openalex.org/W2009382649
- https://openalex.org/W2010194297
- https://openalex.org/W2015664072
- https://openalex.org/W2026746964
- https://openalex.org/W2033471732
- https://openalex.org/W2033844584
- https://openalex.org/W2046470310
- https://openalex.org/W2050669558
- https://openalex.org/W2052051702
- https://openalex.org/W2052968333
- https://openalex.org/W2056145172
- https://openalex.org/W2057557738
- https://openalex.org/W2059795840
- https://openalex.org/W2073848667
- https://openalex.org/W2074054190
- https://openalex.org/W2078713240
- https://openalex.org/W2079357395
- https://openalex.org/W2084188731
- https://openalex.org/W2102459797
- https://openalex.org/W2110957489
- https://openalex.org/W2112446486
- https://openalex.org/W2152150574
- https://openalex.org/W2153930508
- https://openalex.org/W2165104370
- https://openalex.org/W2409951784
- https://openalex.org/W565127267