Role of zinc in regulation of cytosolic Ca2+ and cAMP levels in airway and intestinal epithelial cells  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
79189
Type K
Principal investigator Zsembery, Ákos
Title in Hungarian A cink szerepe az intracelluláris Ca2+ és cAMP szint szabályozásában légúti és intesztinális hámsejtekben
Title in English Role of zinc in regulation of cytosolic Ca2+ and cAMP levels in airway and intestinal epithelial cells
Keywords in Hungarian cisztás fibrózis, hasmenés, ion transzport, P2X purinerg receptorok, extracelluláris pH,
Keywords in English cystic fibrosis, diarrhea, ion transport, P2X purinergic receptors, extracellular pH,
Discipline
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Clinical Research Dept. (Semmelweis University)
Participants Dankó, Tivadar Tamás
Kissné dr. Horváth, Ildikó
Pataki, Ágnes
Trencsényiné Dr Balázs, Bernadett Éva
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-08-31
Funding (in million HUF) 18.057
FTE (full time equivalent) 9.24
state closed project
Summary in Hungarian
A legújabb kutatások eredményei azt mutatják, hogy az extracelluláris Zn2+-ok befolyásolják az intracellulláris hírvivő Ca2+ és cAMP szintet. Következésképpen, a cink fontos szerepet játszhat a Ca2+- és cAMP-függő transzepiteliális ion traszport szabályozásában. Cisztás fibrózisban (CF) a Ca2+-függő anion csatornák aktiválása egy új terápiás eljárás alapját képezheti. Ezzel szemben hasmenéses megbetegedésben a cAMP-függő ion szekréció gátlása lenne kívánatos. Saját korábbi eredményeink azt mutatják, hogy a cink és az ATP tartós intracelluláris Ca2+ emelkedést indukálnak, amely CF légúti hámsejtekben helyreállítja a cAMP-függő ion transzportot. Másfelől patkányokból izolált bélhámsejteken kimutatták, hogy a cink gátolja a cAMP-függő K+ csatornákat és ezen keresztül az anion szekréciót. Fontos megjegyezni, hogy a cink gátolja a kolera toxin kiváltotta ion szekréciót is humán bélhámsejtek kultúrájában. Mindazonáltal még nem rendelkezünk elegendő információval az extracelluláris zinc által kifejtett hatásokról sem a légúti, sem a bélhámsejtekben. Ezért jelenleg a cink még nem általánosan elfogadott terápiás szer a sem a CF, sem a hasmenés kezelésében. Úgy véljük, hogy a cink hatását jelentősen befolyásolhatja az extracelluláris közeg ion-összetétele, mivel az extracelluláris pH és Na+ koncetráció meghatározza a Zn2+-ok kötődését azon plazma membrán fehérjékhez, amelyek Ca2+ permeábilis csatornaként működnek. Kísérleteink hozzá fognak járulni a CF-ban és a hasmenésben megfigyelhető ion szekréciós zavarok leküzdéséhez és új gyógyszeres terápia kifejlesztéséhez.
Summary
Recent observations demonstrate that external Zn2+ influences intracellular messengers Ca2+ and cAMP. Therefore, zinc could play an important role in regulation of Ca2+- and cAMP-dependent transepithelial ion transport. In cystic fibrosis (CF), activation of epithelial Ca2+-dependent anion channels represents a new therapeutic strategy whereas in diarrhea inhibiting cAMP-dependent ion secretion would be beneficial. Our previous data have shown that zinc and ATP triggered a sustained increase in intracellular Ca2+ concentration and corrected defective cAMP-dependent anion transport in CF airway epithelial cells. On the other hand, it has been established that zinc inhibits cAMP-induced Cl- secretion by blocking basolateral K+ channels in rat ileum. Another report has shown that zinc inhibits cholera toxin-induced ion secretion in cultured human intestinal epithelial cells. However, there is still insufficient physiologic understanding of zinc’s action on airway and intestinal ion transport to support its universal inclusion in therapy of CF and diarrhea. We suggest that efficacy of zinc-based therapy might depend on composition of external ionic environment because pH and Na+ concentration of the extracellular fluid influence Zn2+ binding to calcium entry channels (P2X purinergic receptor channels and store-operated channels). We will characterize zinc-induced changes in cytosolic Ca2+ and cAMP levels and help designing new pharmacological therapies for CF and diarrhea.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Cisztás fibrózisban (CF) a cAMP/PKA-dependens transzepiteliális anionszekréció károsodik. A CF-ben alkalmazott terápiás módszerek egyike az intracelluláris Ca2+ koncentráció ([Ca2+]i) emelésén keresztül a hámsejtek Ca2+-függő Cl- csatornáinak (CaCC) aktiválása. A hámsejtekbe történő Ca2+ belépés szabályozása lehetőséget nyújthat az anionszekréció helyreállítására. Munkánk során leírtuk, hogy a Zn2+ az extracelluláris Na+ jelenlététől függően befolyásolja a CF-es légúti hámsejtekbe történő Ca2+ beáramlást. A különböző kétértékű fémionok (Ni2+, Cu2+) által kiváltott Ca2+ szignál igazolta egy divalens kation szenzitív G-fehérjéhez kapcsolt receptor jelenlétét a légúti hámsejteken. További eredményeink azt mutatták, hogy az extracelluláris alkalinizáció a Na+ koncentráció függvényében önmagában (purinerg stimuláció nélkül) is képes olyan intracelluláris Ca2+ jelet indukálni, amely hatékonyan növeli a CaCC aktivitását. Paradox módon a Zn2+ hozzájárulhat a Ca2+ szignál erősítéséhez, de mindeközben gátolja a Cl- szekréciót. Korábbi vizsgálatainkban kimutattuk, hogy az ATP-függő P2X4 receptor csatornákon keresztüli Ca2+ beáramlás potenciális terápiás jelentőséggel bír CF-ben. A specifikus gátlószerek hiánya azonban jelentősen megnehezíti a P2X4 csatornák vizsgálatát. Kísérleteinkben kimutattuk, hogy a benzodiazepin-származék 5-BDBD kompetitív antagonistája a P2X4 receptor csatornáknak és ezt a hatását ivermektin (P2X4 receptorok allosztérikus modulátora) jelenlétében is kifejti.
Results in English
In cystic fibrosis (CF) the cAMP/PKA-dependent transepithelial anion secretion is defective. Stimulation of Ca2+-activated Cl- channels (CaCC) through an increase of cytosolic Ca2+ concentration is a possible therapeutic approach in CF. Regulated Ca2+ entry into epithelial cells could restore anion secretion. Our data showed that that extracellular Zn2+ regulated Ca2+ entry in Na+-dependent manner in CF airway epithelial cells. Different divalent metal cations (i.e. Ni2+, Cu2+) stimulated release of Ca2+ from the intracellular stores suggesting the presence of divalent cation sensitive G-protein coupled receptors in airway epithelial cells. Furthermore, we showed that extracellular alkalinization (without stimulation of purinergic receptors) elicited an increase in [Ca2+]i depending on extracellular concentration of Na+. Such Ca2+ signal stimulated CaCC activity. Paradoxically, Zn2+ contributed to enhancement of the Ca2+ signal but potently inhibited Cl- secretion. We have previously shown that Ca2+ influx through ATP-gated P2X4 receptor channels may be of significant benefit to CF therapy. Nonetheless, the lack of specific inhibitors hampered investigations of these receptor channels. We demonstrated that the benzodiazepine derivative, 5-BDBD competitively inhibited the P2X4 receptor channels. The inhibitory effects were preserved even in the presence of ivermectin, an allosteric positive modulator of the P2X4 receptor channels.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=79189
Decision
Yes





 

List of publications

  
Balázs B., Dankó T., Kovács G., Köles L., Hediger MA., Zsembery Á.: Investigation of the inhibitory effects of the benzodiazepine derivative, 5-BDBD on P2X4 purinergic receptors by two complementary methods, Cellular Physiology and Biochemistry 32:11-24, 2013
Dankó T., Hargitai D., Pataki A., Hakim H., Molnár M., Zsembery A: Extracellular Alkalinization Stimulates Calcium-activated Chloride Conductance in Cystic Fibrosis Human Airway Epithelial Cells, Cellular Physiology and Biochemistry 27;401-410, 2011
Hargitai Dóra, Pataki Ágnes, Raffai Gábor, Füzi Márta, Dankó Tamás, Csernoch László, Várnai Péter, Szigeti Gyula Péter, Zsembery Ákos: Calcium entry is regulated by Zn2+ in relation to extracellular ionic environment in human airway epithelial cells, Respiratory Physiology and Neurobiology Jan 31;170(1):67-75, 2010
Kovács G., Montalbettia N., Simonina A., dankó T., Balázs B., Zsembery Á., Hediger MA.: Inhibition of the human epithelial calcium channel TRPV6 by 2-aminoethoxydiphenyl borate (2-APB)., Cell Calcium 52(6):468-480, 2012
Toldy Gergely, Kaposi Ambrus, Zsembery Ákos, Treszl András, Tulassay Tivadar, Vásárhelyi Barna: Human Th1 and Th2 lymphocytes are distinguished by calcium flux regulation during the first ten minutes of lymphocyte activation, Immunobiology 217(1):37-43, 2012
Kovacs G, Danko T, Bergeron MJ, Balazs B, Suzuki Y, Zsembery A, Hediger MA: Heavy metal cations permeate the TRPV6 epithelial cation channel, Cell Calcium Jan;49(1):43-55, 2011
Farkas K, Yeruva S, Rakonczay Z Jr, Ludolph L, Molnár T, Nagy F, Szepes Z, Schnúr A, Wittmann T, Hubricht J, Riederer B, Venglovecz V, Lázár G, Király M, Zsembery A, Varga G, Seidler U, Hegyi P: New therapeutic targets in ulcerative colitis: The importance of ion transporters in the human colon, Inflammatory Bowel Disease Apr;17(4):884-898, 2011
Király Mariann, Porcsalmy Balázs, Pataki Ágnes, Kádár Katlin, Jelitai Márta, Molnár Béla, Hermann P, Gera István, Grimm WD, Ganss B, Zsembery Ákos, Varga Gábor: Simultaneous PKC and cAMP activation induces differentiation of human dental pulp stem cells into functionally active neurons, Neurochemistry International Sep;55(5):323-332, 2009
Balázs B., Dankó T., Zsembery Á.: Zn2+-induced changes in membrane permeability in human airway epithelial cells, Acta Physiologica Hungarica, Volume 97 (4);425, 2010
Király Marianna, Farkas Klaudia, Hegyi Péter, Zsembery Ákos: Az epitheliális nátrium csatornák (ENaC) expressziójának funkcionális vizsgálata kontroll, valamint gyulladásos bélbetegségben szenvedő betegek bélhámsejtjein, 51. Magyar Gasztroenterológiai Nagygyűlés, Tihany, 2009
Schwiebert Erik, Zsembery Ákos: Methods and Compositions for P2X Receptor Calcium Entry Channels and Other Calcium Entry Mechanisms, United States Patent Publications, 2009




 

Events of the project

  
2013-10-18 10:07:22
Résztvevők változása



Back »