Fosfolamban (PLN), odwracalny inhibitor sarko (endo) plazmowej retikulum Ca(2+)-ATPazy (SERCA2a), jest kluczowym regulatorem cyklu Ca(2+) miocytów z istotną rolą w niewydolności serca. Wcześniej wykazaliśmy, że pojedyncza różnica różnica aminokwasów między ludzkim i mysim PLN powoduje zwiększone zahamowanie cyklu Ca(2+) i przebudowę serca oraz osłabienie odpowiedzi na stres u transgenicznych myszy z ekspresją u transgenicznych myszy z ekspresją ludzkiego PLN (hPLN) na zerowym tle. tło. Tutaj analizujemy procesy molekularne i elektrofizjologiczne wyzwalane przez superinhibitory hPLN u myszy. Korzystając z multidyscyplinarnego podejście, przeprowadziliśmy globalną analizę ekspresji genów, elektrofizjologię i symulacje matematyczne symulacje matematyczne na myszach z hPLN. Zidentyfikowaliśmy znaczące zmiany w serii genów/białek homeostazy Na(+) i K(+) (w tym Kcnd2, Scn9a, Slc8a1) i przewodnictwa jonowego (w tym prądu Ca(2+) typu L, wymiennika Na(+)/Ca(2+) wymiennik, przejściowy zewnętrzny prąd K(+)). Analiza symulacyjna sugeruje, że ta przebudowa elektryczna odgrywa kluczową rolę w ratowaniu funkcji serca poprzez poprawę obciążenia Ca(2+) retikulum sarkoplazmatycznego i ogólną dynamikę Ca(2+). Co więcej, wiele zmian strukturalnych i ekspresji genów czynników transkrypcyjnych zmiany wskazują na trwający proces przebudowy strukturalnej, sprzyjający przerostowi i miogenezie, jednocześnie hamując apoptozę i progresję do niewydolności serca. Nasze odkrycia poszerzają obecne zrozumienie funkcji hPLN i zapewniają dodatkowy wgląd w dalsze implikacje superinhibicji SERCA2a w sercu ssaków. --- Kardiomiopatia rozstrzeniowa i schyłkowa niewydolność serca powodują liczne defekty sprzężenia sprzężenie pobudzenie-skurcz serca. Poprzez uzupełnienie genetycznie mysiego modelu kardiomiopatii rozstrzeniowej, dostarczamy dowodów na to, że postępujące rozszerzenie komory i niewydolność serca są zależne od defektu cyklu Ca2+ w retikulum sarkoplazmatycznym serca. Ablacja specyficznego dla mięśnia sarkoplazmatycznego retikulum Ca2+ ATPazy (SERCA2a), fosfolambanu, uratowała spektrum fenotypów, które spektrum fenotypów przypominających ludzką niewydolność serca. Zahamowanie fosfolambanu-SERCA2a poprzez ekspresję in vivo mutanta punktowego fosfolambanu dominująco aktywowało kurczliwość komorowych komórek mięśniowych. Zatem zakłócanie interakcji fosfolamban-SERCA2a może stanowić nowatorskie podejście podejście terapeutyczne do zapobiegania progresji kardiomiopatii rozstrzeniowej. --- Wewnątrzkomórkowy wapń jest głównym koordynatorem wielu aspektów fizjologii komórkowej, w tym fizjologii komórkowej, w tym kurczliwości mięśni i przeżywalności komórek. W mięśniu sercowym, nieprawidłowy obieg Ca(2+) został powiązany z szeregiem stanów patologicznych, w tym kardiomiopatiami i niewydolnością serca. patologicznych, w tym kardiomiopatii i niewydolności serca. Retikulum sarko(endo)plazmowe Ca(2+) transport adenozynotrifosfatazy (SERCA2a) i jej regulator - fosfolamban (PLN). fosfolamban (PLN) odgrywają centralną rolę w modulowaniu homeostazy Ca(2+), a tym samym funkcji serca, a tym samym funkcję serca. Poniżej omawiamy mechanizmy, poprzez które SERCA2a i PLN kontrolują funkcję kardiomiocytów w zdrowiu i chorobie. Nacisk kładziemy nacisk na naszego nowo zidentyfikowanego partnera wiążącego PLN, białko związane z HS-1 X-1 (HAX-1), które pełni funkcję antyapoptotyczną i wykazuje liczne podobieństwa do Bcl-2. podobieństwa do Bcl-2. Ostatnie dowody wskazują, że białka z rodziny Bcl-2 mogą wpływać na zawartość ER Ca(2+), krytyczny wyznacznik wrażliwości komórek na apoptozę. wrażliwość komórek na apoptozę. W związku z tym odkrycie interakcji PLN/HAX-1 ujawnia nowe ważne powiązanie między homeostazą Ca(2+) a przeżyciem komórek, ze znaczącym potencjałem terapeutycznym. znaczny potencjał terapeutyczny. --- Fosfolamban (PLB) hamuje aktywność SERCA2a, Ca(2+)-ATPazy w retikulum sercowym retikulum sarkoplazmatycznym serca, poprzez zmniejszenie pozornego powinowactwa enzymu do Ca(2+). Ostatnie badania sieciowania sugerują, że wiązanie PLB i wiązanie Ca(2+) do SERCA2a wzajemnie się wykluczają. PLB wiąże się z konformacją E2 konformacji Ca(2+)-ATPazy, zapobiegając tworzeniu się E1, konformacji która wiąże dwa Ca(2+) (w miejscach I i II) z wysokim powinowactwem i jest wymagana do hydrolizy ATP. Tutaj ustaliliśmy, czy wiązanie Ca(2+) do miejsca I, miejsca II lub obu miejsc jest wystarczające do odłączenia PLB od pompy Ca(2+). Siedem mutantów SERCA2a z podstawieniami aminokwasów w miejscu I wiążącym Ca(2+) (E770Q, T798A, i E907Q), miejscu II (E309Q i N795A) lub obu miejscach (D799N i E309Q/E770Q). wykonano, a wpływ Ca (2+) na sieciowanie N30C-PLB do Lys (328) z SERCA2a zmierzono. Zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami z mięśniami szkieletowymi mięśni szkieletowych Ca(2+)-ATPazy, żaden z mutantów SERCA2a (z wyjątkiem E907Q) nie hydrolizował ATP w obecności Ca(2+); jednak wszystkie były fosforylowane przez P(i) tworząc E2P. Hamowanie tworzenia E2P przez Ca(2+) obserwowano tylko w mutantach SERCA2a zachowujących miejsce I. W testach sieciowania silne sieciowanie między N30C-PLB i każdym mutantem Ca(2+)-ATPazy obserwowano przy braku Ca(2+). Co ważne jednak, mikromolarny Ca(2+) hamował sieciowanie PLB tylko do mutanty zachowujące funkcjonalne miejsce wiążące Ca(2+) I. Dynamiczna równowaga między pompami Ca(2+) a N30C-PLB została zachowana przez wszystkie mutanty, wykazując normalną regulację sieciowania przez ATP, tapsigarginę i przeciwciało anty-PLB. Z tych wyników wnioskujemy, że miejsce I jest kluczowym miejscem wiążącym Ca(2+) regulującym fizyczne połączenie między PLB i SERCA2a. --- Dystrofia miotoniczna (DM) jest spowodowana ekspansją CTG w 3'-nietranslowanym regionie genu kinazy białkowej (DMPK). regionie genu kinazy białkowej (DMPK). Choroba sercowo-naczyniowa jest jedną z najczęstszych przyczyn zgonów u pacjentów z DM. Badania elektrofizjologiczne w mięśniach mięśnia sercowego od pacjentów z DM i od myszy DMPK(-/-) sugerują, że DMPK jest kluczowa dla modulacji kurczliwości mięśnia sercowego i utrzymania prawidłowej aktywności przewodzenia serca. Nie ma jednak danych dotyczących molekularnych szlaków sygnałowych zaangażowanych w niewydolność serca DM. Tutaj pokazujemy, że ekspresja DMPK w miocytach serca jest wysoce wzbogacona w sarkoplazmatycznym retikulum sarkoplazmatycznym (SR), gdzie kolokalizuje się z receptorem ryanodyny i fosfolambanem (PLN), specyficznym dla mięśni inhibitorem SR Ca(2+)-ATPazy (SERCA2a). Badania koimmunoprecypitacji wykazały, że DMPK i PLN mogą fizycznie się łączyć. Ponadto, oczyszczona DMPK typu dzikiego, ale nie mutant z niedoborem kinazy (K110A DMPK), fosforyluje PLN in vitro. Późniejsze badania z wykorzystaniem myszy DMPK(-/-) wykazały, że PLN jest hipofosforylowany w pęcherzykach SR od myszy DMPK (-/-) w porównaniu z myszami typu dzikiego zarówno in vitro, jak i in vivo. Na koniec pokazujemy, że wychwyt Ca(2+) w SR jest upośledzony w homogenatach komorowych myszy DMPK(-/-). Łącznie nasze dane sugerują istnienie nowego regulacyjnego szlaku DMPK dla kurczliwości serca i dostarczają molekularnego mechanizmu patologii serca DM. --- Zmniejszona cykliczność wapnia w siateczce sarkoplazmatycznej (SR), odzwierciedlająca upośledzony transport Ca w SR transportu i uwalniania Ca, jest kluczową i uniwersalną cechą ludzkiej i eksperymentalnej niewydolności serca. i eksperymentalnej niewydolności serca. Te procesy SR są regulowane przez multimeryczne białkowe, w tym kinazy białkowe i fosfatazy, a także ich podjednostki kotwiczące i regulatorowe. podjednostki kotwiczące i regulatorowe, które precyzyjnie dostrajają obsługę Ca w określonych podprzedziałach SR podprzedziałach SR. W transporcie Ca w SR pośredniczy SR Ca-ATPaza (SERCA2a) i jej regulatorową fosfoproteinę, fosfolamban (PLN). Defosforylowany PLN jest inhibitorem SERCA2a i fosforylacji przez kinazę białkową A (PKA) lub kinazy białkowe zależne od wapnia i kalmoduliny (CAMKII) łagodzą te hamujące efekty. Ostatnie badania zidentyfikowały dodatkowe białka regulatorowe, związane z PLN, które kontrolują transport Ca w SR. Należą do nich inhibitor-1 (I-1) fosfatazy białkowej 1 (PP1), małe białko szoku cieplnego 20 (Hsp20) oraz HS-1 związane z białkiem X-1 (HAX1). Ponadto, wewnątrz światła bogate w histydynę białko wiążące wapń (HRC) oddziałuje z SERCA2a i triadyną. Warto zauważyć, że istnieje fizyczna i bezpośrednia interakcja między tymi białkowymi graczami, pośrednicząc w drobnej krzyżowej rozmowie między wychwytem SR Ca, magazynowaniem i uwalnianiem. Co ważne, regulacja cyklu SR Ca przez interakcję PLN/SERCA wpływa nie tylko na kurczliwość kardiomiocytów, ale także na przeżycie i przebudowę. Rzeczywiście, naturalnie występujące warianty w tych genach cyklu Ca modulują ich aktywność i interakcje z innymi partnerami białkowymi, powodując w obniżonej kurczliwości i przyspieszonej przebudowie. Te warianty genetyczne mogą służyć jako potencjalne markery prognostyczne lub diagnostyczne w patofizjologii serca. patofizjologii serca. --- ATPaza Ca2+ retikulum sarkoplazmatycznego (SR) (SERCA2a) transportuje Ca2+ do SR, zmniejszając poziom cytozolowego Ca2+ podczas relaksacji i zwiększając poziom SR Ca2+ dostępnego do skurczu. Aktywność SERCA2a jest regulowana przez fosforylację innego białka SR: Fosfolambanu (PLN). Fosforylowany PLN hamuje SERCA2a. Fosforylacja PLN przez kinazę białkową zależną od cAMP lub cGMP przy Ser16 lub kinazę białkową zależną od Ca2+-kalmoduliny (CaMKII), na Thr17, łagodzi to hamowanie, zwiększając wychwyt SR Ca2+ i obciążenie SR Ca2+. Tak więc PLN jest głównym graczem w regulacji relaksacji i kurczliwości mięśnia sercowego. W niniejszym przeanalizuje główne aspekty roli CaMKII i miejsca Thr17 PLN w różnych patofizjologiach. PLN, w różnych stanach patofizjologicznych: kwasicy, niedokrwieniu/reperfuzji (I/R) i niewydolności serca (HF). Podczas gdy aktywacja CaMKII i fosforylacja PLN przyczyniają się do funkcjonalnego powrotu do zdrowia podczas kwasicy i ogłuszenia, CaMKII ma szkodliwy wpływ na nieodwracalne uszkodzenie I/R, powodując apoptozę i martwicę. apoptozę i martwicę. Fosforylacja reszty Thr17 PLN i aktywność CaMKII różnią się w różnych modelach HF. różnych modelach HF. Możliwa rola tych zmian w upośledzonej funkcji funkcji serca w HF.
Co jest główną cząsteczką regulującą funkcję SERCA2A w mięśniu sercowym?
Aktywność SERCA2a jest regulowana przez fosforylację innego białka SR, fosfolambanu (PLN). Fosfolamban (PLB) hamuje aktywność SERCA2a, Ca(2+)-ATPazy w retikulum sarkoplazmatycznym serca, poprzez zmniejszenie pozornego powinowactwa enzymu do Ca(2+).