The role of calcium transport in signal transduction of striated muscle  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
61442
Type K
Principal investigator Jóna, István
Title in Hungarian A kalcium transzport szerepe a harántcsíkolt izom jelátvitelében
Title in English The role of calcium transport in signal transduction of striated muscle
Keywords in Hungarian harántcsíkolt izom, kalcium, transzport, jelátvitel
Keywords in English striated muscle, calcium, transport, signal transduction
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 Department of Physiology (University of Debrecen)
Participants Almássy, János
Gherasim, Iuliana-Maria
Lukács, Balázs
Sárközi, Sándor
Szegedi, Csaba
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 16.500
FTE (full time equivalent) 11.87
state closed project
Summary in Hungarian
Az elektromechanikai csatolás „színtere” harántcsíkolt izom transzeverzális tubulusa és az SR terminális ciszternájának érintkezési felülete által meghatározott térrész. Ebben a rendkívül zsúfolt térben játszódnak le azok a molekuláris történések, amelyeket következtében megtörténik a kalcium felszabadulás és izom összehúzódik. A folyamatban résztvevő fehérjék örökletes mutációja számos izombetegséget okoz. Ezen jelátviteli folyamatok konkrét megvalósulását számos környezeti paraméter és fehérje befolyásolja, modulálja, beleértve a lokális ionkoncentrációt és a különböző ún. asszociált proteineket is. Korábbi kutatásaink szerves folytatásaként tanulmányozni kívánjuk a kalcium felszabadulásban és a kalcium SR-be történő visszavételében kulcsszerepet játszó kalcium csatorna (RyR) és kalcium pumpa (Ca2+ATPáz) működését egészséges és kóros (bizonyos izomdisztrófiákban) állapotokban. A RyR intracelluláris modulációjának a DHPR II-III. hurkot modellező peptidekkel - az ún. peptid A-val és a maurocalcin nevű toxinnal – kívánjuk tanulmányozni, vázizomból és szívizomból preparált könnyű (Ca2+ATPáz) és nehéz (Ca2+ATPáz + RyR) SR vezikulák valamint mesterséges lipid membránba épített egyedi kalcium csatornák felhasználásával. A vezikuláris technikák lehetővé teszik a rianodin kötés mérését, és azt hogy a különböző modulációs hatások (ionok, ATP, toxinok) a kalcium fluxusokra kifejtett hatását tanulmányozzuk egészséges és mutáns fehérjék esetén. A mesterséges lipid-membrán technika a csatorna elektrofiziológiai paramétereinek vizsgálatát teszi lehetővé tetszőlegesen változtatható kísérleti körülmények között. Vizsgálni tervezzük a citoszólikus és luminális oldali modulációt.
Summary
The electro-mechanical coupling (EMC) operates in a strictly and remarkably efficiently organized space between the membranes of the transversal tubule and of the sarcoplasmic reticulum. In this space located the voltage sensor and the calcium release channel. Action potential result in calcium release causes muscle contraction followed by the reuptake of the calcium into the SR. The two key molecules of the calcium handling are the SR calcium release channel (CRC/RyR) and the calcium pump (Ca2+ATPase). The actual signal transduction dependent on the microenvironment of these proteins, including ionic composition, concentration and accessory proteins. We would like to continue our previous line of research in connection of these key proteins because of their mutations involved in several severe muscle dystrophies. The actual DHPR-RyR interaction carried out by the II-III loop of the DHPR, therefore we will study this interaction using peptides as a model of the loop, including “peptide A” and a scorpion toxin (maurocalcin) using light SR vesicles (composed of Ca2+ATPase) and heavy SR vesicles (composed of Ca2+ATPase and RyR). We propose to study the effect of different environmental parameters (such as ions, toxins, ATP, etc.) on the calcium flux and ryanodine binding of these vesicles using vesicle prepared from wild type and mutant proteins. Determination of the electrophysiological parameters of the calcium channel will be carried out using RyR incorporated into Müller type bilayer, including the effect of the cytoplasmic and luminal modulation.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A DHPR II-III hurokkal homológ szekvenciájú maruokalcin (MCa) hatását vizsgáltuk a RyR1 és a RyR2 csatornára. Megállapítottuk, hogy a MCa a RyR2-őt gyengébben befolyásolja, mint a RyR1-et, a gyengébb RyR2-MCa kölcsönhatás miatt. A RyR-MCa kölcsönhatásért a peptid 8, 22, 23, 24-es aminosavai által alkotott pozitív töltésű „felület” a felelős, bár a kölcsönhatásban a membránpotenciál is fontos szerepet játszik. Patkányokon előidézett miokardiális infarktust (MI) követően kialakuló vázizom-gyengeségben tanulmányoztuk a RyR1 működésének megváltozását. Megállapítottuk, hogy az infarktus után 24 héttel a kalciumcsatornák mintegy 1/3-a a fiziológiással ellentétes áramirány esetén a szokásos 525pS-el szemben 750pS vezetőképességet mutat, míg ugyanezen csatornák a fiziológiás áramirány esetén is a szokásos 525-550 pS vezetőképességűek. A gyógyszerjelölt K201 molekula nem okozott szignifikáns változást a csatorna paramétereiben annak ellenére, hogy a MI-al egyszerre alkalmazva kivédi a vázizom-gyengeség kialakulását, így valamilyen poszt-transzlációs változás áll a kialakuló vázizom-gyengeség hátterében. A TPEN-ről kimutattuk, hogy gátolja a pumpát és aktiválja a csatornát, így kardioprotektív hatású. Kimutattuk, hogy az európium és a szamárium is gátolja a RyR1-et, de – ellentétben a gadolíniummal kapott eredményekkel – a cis és trans oldali hatás több nagyságrenddel eltér egymástól. Az európium fél-gátló koncentrációja 167±5nM a cis oldalon, míg 4,7±0,1µM a transz oldalon.
Results in English
The effect of Maurocalcin (MCa) – which is homologous to the II-III loop of the DHPR – were investigated on the RyR1 & RyR2. The modulatory effect of MCa was more pronounced on RyR1 than on RyR2 due to the weaker interaction. The interaction is determined by the 8. 22, 23, 24 AA residues, which form a positive charged area on the MCa surface, and also influenced by the membrane potential. The effect of myocardial infarct (MI) on the function of RyR1 were also studied using rat post MI (PMI) model. It was shown, that 24 weeks after MI about 1/3 of the channels showed abnormally high conductance (750 pS instead of 525pS) at reverse calcium flux, while the forward conductances has not been altered. K-201 - a potential therapeutic agent did not alter the conductivity pattern, even though administering the drug at the onset of the MI resulted in the protection of skeletal muscles, patronizing that a kind of post-translational change is involved in the phenomena. TPEN is cardioprotective because it inhibits the calcium pump and activates the calcium. It was shown that Europium and Samarium inhibits RyR1 with substantial side preference – in contrast to Gadolinium. Half inhibitory concentration of Eu(3+) is 167±5nM at cis side, while 4,7±0,1µM at the trans side.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61442
Decision
Yes





 

List of publications

 
Jung C, Zima AV, Szentesi P, Jóna I, Blatter LA, Niggli E: Ca2+ release from the sarcoplasmic reticulum activated by the low affinity Ca2+ chelator TPEN in ventricular myocytes, Cell Calcium, 41: 187-194, 2007
István Jóna and Péter P. Nánási: Cardiomyopathies and sudden cardiac death caused by RyR2 mutations: Are the channels the beginning adn the end?, Cardivascular Research, 71: 416-418, 2006
Dias JM, Szegedi C, Jona I., Vogel PD.: Insights into the regulation of the ryanodine receptor: differential effects of Mg2+ and Ca2+ on ATP binding., Biochemistry 45. 9408-9415, 2006
Szigeti, Gy., Almássy, J.,Sztretye, M., Dienes, B., Szabó, L., Szentesi, P., Vassort, G., Sárközi, S., Csernoch, L., Jona, I.: ): Alterations in the calcium homeostasis of skeletal muscle from postmyocardial infarcted rats, Pflüger’s Archiv-European Journal of Physiology, 455. 541-553, 2007
Altafaj, X., France, J., Almassy, J., Jona, I., Rossi, D., Sorrentino. V., Mabrouk¦, K., De Waard, M., and Ronjat, M.: Maurocalcine interacts with cardiac ryanodine receptor without inducing channel modification., Biochemical Journal 406. 309-315, 2007
Sándor Sárközi, János Almássy, Balázs Lukács. Nóra Dobrosi, Georgina Nagy, István Jóna: Effect of natural phenol derivatives on skeletal type sarcoplasmic reticulum Ca2+ -ATPase and ryanodine receptor., Journal of Muscle Research and Cell Motility, 28. 167-174., 2007
Jose M. Dias, Csaba Szegedi, Istvan Jona, Pia D. Vogel: Insights into the regulation of the Ryanodine Receptor., Biophysical Journal 89: 336A-336A., 2006
Istvan Jona, Janos Almassy, Michel Ronjat, Balazs Lukacs: Effect of Maurocalcine on RyR1 and RyR2 is Substantially Different, Biophysical Journal 91: 87A, 2007
Almassy, J., Sztretye, M., Lukacs, B., Dienes, B., Szabo, L., Szentesi, P., Vassort, G., Csernoch, L., Jona, I.: Effects of K-201 on the calcium pump and calcium release channel of rat skeletal muscle., Pflüger’s Archiv-European Journal of Physiology 457. 171-183., 2008
Birinyi, P., Tóth, A., Jóna, I., Acsai, K., Almássy, J., Nagy, N., Prorok, J., Gerashim, I., Papp, Z., Hertelendi, Z., Szentandrássy, N., Bányász, T., Fülöp, F., Papp, J.G., Varró, A., Nánási, P.P., M: The Na+/Ca2+ exchange blocker SEA0400 fails to enhance cytosolic Ca2+ transient and contractility in canine ventricular cardiomyocytes., Cardiovascular Research 78. 476-484., 2008
Lukács, B., Sztretye, M., Almássy, J., Sárközi, S., Dienes, B., Mabrouk, K., Simut, C., Szabó, L., Szentesi, P., De Waard, M., Ronjat M., Jóna, I. and Csernoch, L.: Charged surface area of maurocalcine determines its interaction with the skeletal ryanodine receptor., Biophysical Journal, 95. 3497-3509., 2008
Almassy, J., Topcsiov, Z., Szabo, A. and Jona, I.: Inhibition of RyR1 by Different Lanthanides Might Reveal Fine Details of the Ion Conducting Pore., Biophysical Journal 94. 426a., 2008
Sztretye M, Almássy J, Deli T, Szentesi P, Jung C, Dienes B, Simut CA, Niggli E, Jóna I, Csernoch L: Altered sarcoplasmic reticulum calcium transport in the presence of the heavy metal chelator TPEN., Cell Calcium 46, 347-355, 2009




Back »