Eum, Jin Hee;Park, Miseon;Yoon, Jung Ah;Yoon, Sook Young
한국발생생물학회지:발생과생식
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제24권4호
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pp.297-306
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2020
Repetitive changes in the intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) triggers egg activation, including cortical granule exocytosis, resumption of second meiosis, block to polyspermy, and initiating embryonic development. [Ca2+]i oscillations that continue for several hours, are required for the early events of egg activation and possibly connected to further development to the blastocyst stage. The sources of Ca2+ ion elevation during [Ca2+]i oscillations are Ca2+ release from endoplasmic reticulum through inositol 1,4,5 tri-phosphate receptor and Ca2+ ion influx through Ca2+ channel on the plasma membrane. Ca2+ channels have been characterized into voltage-dependent Ca2+ channels (VDCCs), ligand-gated Ca2+ channel, and leak-channel. VDCCs expressed on muscle cell or neuron is specified into L, T, N, P, Q, and R type VDCs by their activation threshold or their sensitivity to peptide toxins isolated from cone snails and spiders. The present study was aimed to investigate the localization pattern of N and P/Q type voltage-dependent calcium channels in mouse eggs and the role in fertilization. [Ca2+]i oscillation was observed in a Ca2+ contained medium with sperm factor or adenophostin A injection but disappeared in Ca2+ free medium. Ca2+ influx was decreased by Lat A. N-VDCC specific inhibitor, ω-Conotoxin CVIIA induced abnormal [Ca2+]i oscillation profiles in SrCl2 treatment. N or P/Q type VDC were distributed on the plasma membrane in cortical cluster form, not in the cytoplasm. Ca2+ influx is essential for [Ca2+]i oscillation during mammalian fertilization. This Ca2+ influx might be controlled through the N or P/Q type VDCCs. Abnormal VDCCs expression of eggs could be tested in fertilization failure or low fertilization eggs in subfertility women.
Transient receptor potential ankyrin 1 from rattlesnakes (rsTRPA1) and boas (bTRPA1) was previously proposed to underlie thermo-sensitive infrared sensing based on transcript enrichment in infrared-sensing neurons and hyper-thermosensitivity expressed in Xenopus oocytes. It is unknown how these TRPA1s show thermosensitivities that overwhelm other thermoreceptors, and why rsTRPA1 is more thermosensitive than bTRPA1. Here, we show that snake TRPA1s differentially require Ca2+ for hyper-thermosensitivity and that predisposition to cytosolic Ca2+ potentiation correlates with superior thermosensitivity. Extracellularly applied Ca2+ upshifted the temperature coefficients (Q10s) of both TRPA1s, for which rsTRPA1, but not bTRPA1, requires cytosolic Ca2+. Intracellular Ca2+ chelation and substitutive mutations of the conserved cytosolic Ca2+-binding domain lowered rsTRPA1 thermosensitivity comparable to that of bTRPA1. Thapsigargin-evoked Ca2+ or calmodulin little affected rsTRPA1 activity or thermosensitivity, implying the importance of precise spatiotemporal action of Ca2+. Remarkably, a single rattlesnake-mimicking substitution in the conserved but presumably dormant cytosolic Ca2+-binding domain of bTRPA1 substantially enhanced thermosensitivity through cytosolic Ca2+ like rsTRPA1, indicating the capability of this single site in the determination of both cytosolic Ca2+ dependence and thermosensitivity. Collectively, these data suggest that Ca2+ is essential for the hyper-thermosensitivity of these TRPA1s, and cytosolic potentiation by permeating Ca2+ may contribute to the natural variation of infrared senses between rattlesnakes and boas.
Saturated fatty acids contribute to β-cell dysfunction in the onset of type 2 diabetes mellitus. Cellular responses to lipotoxicity include oxidative stress, endoplasmic reticulum (ER) stress, and blockage of autophagy. Palmitate induces ER Ca2+ depletion followed by notable store-operated Ca2+ entry. Subsequent elevation of cytosolic Ca2+ can activate undesirable signaling pathways culminating in cell death. Mitochondrial Ca2+ uniporter (MCU) is the major route for Ca2+ uptake into the matrix and couples metabolism with insulin secretion. However, it has been unclear whether mitochondrial Ca2+ uptake plays a protective role or contributes to lipotoxicity. Here, we observed palmitate upregulated MCU protein expression in a mouse clonal β-cell, MIN6, under normal glucose, but not high glucose medium. Palmitate elevated baseline cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) and reduced depolarization-triggered Ca2+ influx likely due to the inactivation of voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs). Targeted reduction of MCU expression using RNA interference abolished mitochondrial superoxide production but exacerbated palmitate-induced [Ca2+]i overload. Consequently, MCU knockdown aggravated blockage of autophagic degradation. In contrast, co-treatment with verapamil, a VGCC inhibitor, prevented palmitate-induced basal [Ca2+]i elevation and defective [Ca2+]i transients. Extracellular Ca2+ chelation as well as VGCC inhibitors effectively rescued autophagy defects and cytotoxicity. These observations suggest enhanced mitochondrial Ca2+ uptake via MCU upregulation is a mechanism by which pancreatic β-cells are able to alleviate cytosolic Ca2+ overload and its detrimental consequences.
Qui Anh Le;Tran Nguyet Trinh;Phuong Kim Luong;Vu Thi Van Anh;Ha Nam Tran;Joon-Chul Kim;Sun-Hee Woo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제28권4호
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pp.335-344
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2024
Diphenyleneiodonium (DPI) has been widely used as an inhibitor of NADPH oxidase (Nox) to discover its function in cardiac myocytes under various stimuli. However, the effects of DPI itself on Ca2+ signaling and contraction in cardiac myocytes under control conditions have not been understood. We investigated the effects of DPI on contraction and Ca2+ signaling and their underlying mechanisms using video edge detection, confocal imaging, and whole-cell patch clamp technique in isolated rat cardiac myocytes. Application of DPI suppressed cell shortenings in a concentration-dependent manner (IC50 of ≅0.17 µM) with a maximal inhibition of ~70% at ~100 µM. DPI decreased the magnitude of Ca2+ transient and sarcoplasmic reticulum Ca2+ content by 20%-30% at 3 µM that is usually used to remove the Nox activity, with no effect on fractional release. There was no significant change in the half-decay time of Ca2+ transients by DPI. The L-type Ca2+ current (ICa) was decreased concentration-dependently by DPI (IC50 of ≅40.3 µM) with ≅13.1%-inhibition at 3 µM. The frequency of Ca2+ sparks was reduced by 3 µM DPI (by ~25%), which was resistant to a brief removal of external Ca2+ and Na+. Mitochondrial superoxide level was reduced by DPI at 3-100 µM. Our data suggest that DPI may suppress L-type Ca2+ channel and RyR, thereby attenuating Ca2+-induced Ca2+ release and contractility in cardiac myocytes, and that such DPI effects may be related to mitochondrial metabolic suppression.
자동차 시장의 확대에 따라 자동차 모터의 필수 소재로 희토류금속인 Nd에 대한 수요가 급증하고 있다. Nd를 제조하기 위하여 Nd2O3와 Ca계 합금의 열 환원반응에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 Nd2O3의 환원제로 사용되는 Ca계 합금인 Ca-Cu를 CaCl2 용융염에서 전기분해반응을 통해 제조하였다. 전기분해반응의 작업 전극과 상대전극으로는 Cu 와이어와 흑연을 각각 사용하였다. 기준전극은 AgCl:CaCl2=1:99 mol%로 혼합한 혼합물에 Ag 와이어를 넣어 제작하였다. 순환전압 전류법 결과에 의하면 -1.8 V의 전위부터 작업전극의 표면에 Ca2+의 증착이 관찰되었으며, CaCl2 염의 온도가 증가할수록 Ca2+의 환원전위가 감소하였다. 시간대전류법 실험을 통해 계산된 Ca2+의 확산계수는 5.4(±6.8)×10-6 cm2/s으로 나타났다. 또한, Cu 전극에 일정한 전위를 가해 Ca-Cu 액상합금을 제조하였으며 제조된 합금은 EDS line scan을 통해 인가 전위의 증가에 따라 Ca의 전기화학적 삽입이 증가함을 확인하였다. -2.0 V보다 음의 전위를 인가하여 제조한 Ca-Cu 합금의 조성비는 Ca:Cu=1:4임을 확인하였다.
Store-operated Ca2+ entry (SOCE) represents one of the major Ca2+ entry routes in non-excitable cells. It is involved in a variety of fundamental biological processes and the maintenance of Ca2+ homeostasis. The Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC) channel consists of stromal interaction molecule and Orai; however, the role and action of Homer proteins as an adaptor protein to SOCE-mediated Ca2+ signaling through the activation of CRAC channels in non-excitable cells still remain unknown. In the present study, we investigated the role of Homer2 in the process of Ca2+ signaling induced by the interaction between CRACs and Homer2 proteins in non-excitable cells. The response to Ca2+ entry by thapsigargin-mediated Ca2+ store depletion remarkably decreased in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice, as compared to wild-type cells. It also showed critical differences in regulated patterns by the specific blockers of SOCE in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice. The response to Ca2+ entry by the depletion in Ca2+ store markedly increased in the cellular overexpression of Orai1 and STIM1 as compared to the overexpression of Homer2 in cells; however, this response was remarkably inhibited by the overexpression of Orai1, STIM1, and Homer2. These results suggest that Homer2 has a critical role in the regulatory action of SOCE activity and the interactions between CRAC channels.
Choi, Kyung Jin;Hwang, Jin Wook;Kim, Se Hoon;Park, Hyung Seo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제26권3호
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pp.219-225
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2022
Glucagon like peptide-1 (GLP-1) released from enteroendocine L-cells in the intestine has incretin effects due to its ability to amplify glucose-dependent insulin secretion. Promotion of an endogenous release of GLP-1 is one of therapeutic targets for type 2 diabetes mellitus. Although the secretion of GLP-1 in response to nutrient or neural stimuli can be triggered by cytosolic Ca2+ elevation, the stimulus-secretion pathway is not completely understood yet. Therefore, the aim of this study was to investigate the role of reverse Na+/Ca2+ exchanger (rNCX) in Ca2+ entry induced by muscarinic stimulation in NCI-H716 cells, a human enteroendocrine GLP-1 secreting cell line. Intracellular Ca2+ was repetitively oscillated by the perfusion of carbamylcholine (CCh), a muscarinic agonist. The oscillation of cytosolic Ca2+ was ceased by substituting extracellular Na+ with Li+ or NMG+. KB-R7943, a specific rNCX blocker, completely diminished CCh-induced cytosolic Ca2+ oscillation. Type 1 Na+/Ca2+ exchanger (NCX1) proteins were expressed in NCI-H716 cells. These results suggest that rNCX might play a crucial role in Ca2+ entry induced by cholinergic stimulation in NCI-H716 cells, a GLP-1 secreting cell line.
Under physiological conditions, calcium (Ca2+) regulates essential functions of polarized secretory cells by the stimulation of specific Ca2+ signaling mechanisms, such as increases in intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) via the store-operated Ca2+ entry (SOCE) and the receptor-operated Ca2+ entry (ROCE). Homer proteins are scaffold proteins that interact with G protein-coupled receptors, inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) receptors, Orai1-stromal interaction molecule 1, and transient receptor potential canonical (TRPC) channels. However, their role in the Ca2+ signaling in exocrine cells remains unknown. In this study, we investigated the role of Homer2 in the Ca2+ signaling and regulatory channels to mediate SOCE and ROCE in pancreatic acinar cells. Deletion of Homer2 (Homer2-/-) markedly increased the expression of TRPC3, TRPC6, and Orai1 in pancreatic acinar cells, whereas these expressions showed no difference in whole brains of wild-type and Homer2-/- mice. Furthermore, the response of Ca2+ entry by carbachol also showed significant changes to the patterns regulated by specific blockers of SOCE and ROCE in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice. Thus, these results suggest that Homer2 plays a critical role in the regulatory action of the [Ca2+]i via SOCE and ROCE in mouse pancreatic acinar cells.
This study analyzed the effects of Ca2+ metal ions among culture medium components on the Chlorella sorokiniana strain DSCG150 strain cell growth. The C. sorokiniana strain DSCG150 grew based on a multiple fission cell cycle and growth became stagnant in the absence of metal ions in the medium, particularly Ca2+. Flow cytometry and confocal microscopic image analysis results showed that in the absence of Ca2+, cell growth became stagnant as the cells accumulated into four autospores and could not transform into daughter cells. Genetic analysis showed that the absence of Ca2+ caused upregulation of calmodulin (calA) and cell division control protein 2 (CDC2_1) genes, and downregulation of origin of replication complex subunit 6 (ORC6) and dual specificity protein phosphatase CDC14A (CDC14A) genes. Analysis of gene expression patterns by qRT-PCR showed that the absence of Ca2+ did not affect cell cycle progression up to 4n autospore, but it inhibited Chlorella cell fission (liberation of autospores). The addition of Ca2+ to cells cultivated in the absence of Ca2+ resulted in an increase in n cell population, leading to the resumption of C. sorokiniana growth. These findings suggest that Ca2+ plays a crucial role in the fission process in Chlorella.
Background: Ca2+ signaling plays a vital role in neuronal signaling and altered Ca2+ homeostasis in Parkinson's disease (PD). Overexpression of αSYN significantly promote the Ca2+-Calmodulin (CaM) activity and subsequent nuclear translocation of nuclear factor of activated T cells (NFAT) transcription factor in dopaminergic neurons of midbrain. However, the exact role of Ca2+-CaM and NFAT in PD pathology is yet to be elucidated. Methods: We designed the CaM-NFAT-oligodeoxynucleotide (ODN), a synthetic short DNA containing complementary sequence for NFAT transcription factor and CaM mRNA. Then, the effect of CaM-NFAT-ODN on 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+)-mediated neurotoxicity was investigated in mimic PD model in vitro. Results: First, the expression of αSYN and CaM was strongly increased in substantia nigra (SN) of PD and the expression of tyrosine hydroxylase (TH) was strongly increased in control SN. Additionally, the expression of apoptosis marker proteins was strongly increased in SN of PD. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed CaM and pNFAT, the target genes of this ODN in rat embryo primary mesencephalic neurons. It also reduced ERK phosphorylation, a downstream target of these genes. These results demonstrated that CaM-NFAT-ODN operated successfully in rat embryo primary mesencephalic neurons. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed TH reduction, αSYN accumulation, and apoptosis by MPP+-induced neurotoxicity response through Ca2+ signaling and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling. Conclusion: Synthetic CaM-NFAT-ODN has substantial therapeutic feasibility for the treatment of neurodegenerative diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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