Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Regina Acacia Campos de Oliveira Ulrich

 

Voltage-gated calcium channels: an approach to the interactions and function

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-102810

title (ger.)

Spannungsgesteuerte Kalzium-Kanäle: Funktion und Interaktion

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/camposdeoliveiraulrichr_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Spannungsgesteuerte Kalziumkanäle erlauben das Einströmen von Kalzium bei Veränderungen des Membranpotentials, wodurch sie verschiedene zelluläre Prozesse steuern, einschließlich Sekretion, Kontraktion, Genexpression. Die β-Untereinheit (CaVβ) hat einen großen Einfluss auf Aktivität und Expression der Kanäle. Der Mechanismus, durch den CaVβ die Dichte von spannungsgesteuerten Kalziumkanälen in der Plasmamembran reguliert, ist noch nicht vollständig geklärt. Unser Hauptziel ist es zu verstehen, wie diese Untereinheit die Anzahl der Kanäle in der Plasmamembran reguliert. Da Kalziumkanäle von zentraler Bedeutung für die Herzfunktion sind, benutzen wir die HL-1 Kardiallinie, um den Einfluss der β-Untereinheit auf Kalziumströme zu untersuchen. Obwohl Actin-Umordnungen fest an vesikulären Transport gekoppelt sind und einige SH3 enthaltende Proteine, ähnlich wie CaVβ, mit Actin interagieren, ist noch keine funktionale Beziehung zwischen CaVβ und Actin betrachtet worden.

Hier war eine Zielsetzung, den Einfluss von CaVβ und Actin auf spannungsgesteuerte Kalziumkanäle vom L- und T-Typ in HL-1 Kardiomyozyten zu untersuchen. Whole-cell Patch-Clamp Messungen in HL-1 Zellen zeigen einen signifikant größeren Beitrag von T-Typ Strömen als von L-Typ Strömen am Gesamt-Kalziumstrom. Die Überexpression von CaVβ induziert einen dreifachen Anstieg von ICa,L/ICa,T welches durch eine Vorbehandlung mit dem Actin Filament Disruptor Cytochalasin D abgestumpft ist. Damit übereinstimmend zeigen konfokalmikroskopische Untersuchungen räumliche Kolokalisation und Ko-Sedimentation und somit eine mögliche direkte Interaktion zwischen CaVβ und Actinfilamenten, die durch Cytochalasin D behindert werden.

Wir schließen daraus, dass eine Assoziierung zwischen CaVβ und Actinfilamenten eine Rolle bei der Regulierung der Funktion von Kalziumkanälen in HL-1 Zellen spielen könnte, wobei dies zu einem Anstieg des relativen Beitrags von ICa,L im Vergleich zu ICa,T führt, der den Veränderungen in der Aktivität der Kalziumkanaltypen während der Herzentwicklung ähnelt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass CaVβ bei der Myozytenreifung und bei der Kopplung von Kanalfunktion und Actin Netzwerk eine Rolle spielt. Darüber hinaus stellen sie eine neue Basis für das Verstehen der Modulation der Kalziumkanalfunktion durch die β-Untereinheit dar.

Zusätzlich wurde die elektrophysiologische Wirkung von spannungsgesteuerten Kalziumkanalmutationen in einem vollständig anderen System getestet. Zwei Mutationen in LCC CaVa1.3 Kanälen wurden von einer anderen Arbeitsgruppe bei Patienten gefunden, die an Aldosteronismus litten, und hier haben wir gezeigt, dass sie die Spannungsabhängigkeit der Aktivierung von CaV1.3 Kanälen in einer Variation von elektrophysiologischen Phänotypen erhöhten.

 

abstract (englisch)

Voltage-gated calcium channels allow the influx of calcium under membrane potential changes, triggering several cellular processes including secretion, contraction, gene expression. The β-subunit (CaVβ) strongly impacts channel activity and expression. The mechanism by which CaVβ regulates the density of voltage-gated calcium channels in the plasma membrane remains poorly understood. Our main goal is to understand how this subunit regulates the number of channels in the plasma membrane. Since calcium channels are central for cardiac function we used HL-1 cardiac cell line to investigate the role of CaVβ on calcium currents. Although actin rearrangements are tightly coupled to vesicular transport and several SH3-containing proteins, similar to CaVβ, interact with actin, no functional relationship between CaVβ and actin has been considered yet. Here one of the objectives was to study the role of CaVβ and actin on voltage-gated L- and T-type calcium channels in HL-1 cardiomyocytes. Whole-cell patch clamp recordings in HL-1 cells show a significantly larger contribution of T-type currents than L-type to the total calcium current. Overexpression of CaVβ induces a three-fold increase in ICa,L/ICa,T that is blunted by pretreatment with the actin filament disrupter Cytochalasin D. Consistently, confocal microscopy reveal spatial colocalization and co-sedimentation a probable direct interaction between CaVβ and actin filaments that are hindered by Cytochalasin D.

We conclude that an association between CaVβ and actin filaments might play a role in regulating calcium channel function in HL-1 cells, leading to an increase in the relative contribution of ICa,L over ICa,T that resembles the changes in calcium channel type activity during heart development. These results suggest a role of CaVβ in myocyte maturation and in coupling channel function to actin network. Moreover, they provide a novel basis and also targets for understanding the modulation of calcium channel function by the β-subunit.

In addition, the electrophysiological impact of voltage-gated calcium channel mutations was tested in a completely different system. Two mutations in LCC CaVa1.3 channels were found by a collaborator group in patients suffering from aldosteronism and here we have shown that they enhance the voltage dependence of activation of CaV1.3 L-type channels in a variation of electrophysiological phenotypes.

 

keywords

Spannungsgesteuerte Kalzium-Kanäle, Beta-Untereinheit, Interaktion; voltage-gated calcium channels, beta subunit, interactions

kb

2.126