CALCIUM DYNAMICS AND INTRACELLULAR SIGNALING
钙动力学和细胞内信号传导
基本信息
- 批准号:2609667
- 负责人:
- 金额:$ 10.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:1994
- 资助国家:美国
- 起止时间:1994-12-01 至 1999-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Ca2+ is a critical link between many physiological stimuli and their
intracellular effectors. In neurons, stimulus-evoked changes in the
cytosolic free Ca2+ concentration ([Ca2+]i) influence enzyme activity,
membrane excitability, exocytosis, and gene expression, and cytotoxic
[Ca2+]i levels contribute to cell death in neurologic disease. Functional
and molecular studies have described Ca2+ channels, pumps and exchangers
that regulate [Ca2+]i, and enzymes whose activities depend on [Ca2+]i.
However, little is known about how Ca2+ transporters define the time
course of [Ca2+]i during stimulation, or the way time-varying [Ca2+]
signals influence enzyme activity. The proposed research will examine how
various Ca2+ transport systems shape the time course of [Ca2+]i during
stimulation, and how a Ca2+-sensitive enzyme is influenced by [Ca2+]i
dynamics. Bullfrog sympathetic neurons (BFSN's) will provide the model
cell, Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) will serve as
the model enzyme, and Ca2+ indicator dyes, electrophysiological
techniques, and protein kinase activity assays will be employed to examine
the following topics:
* Plasma membrane Ca2+ transport during stimulation. During membrane
depolarization, [Ca2+]i rises under the influence of voltage-dependent
Ca2+ entry, but the time-course of [Ca2+]i reflects other Ca2+
transporters as well. The net Ca2+ flux across the plasma membrane will be
separated into contributions from Ca2+ entry through channels and Ca2+
extrusion via pumps and exchangers. Transport rates and their dependence
on Ca2+ concentration, membrane potential and time will be examined to
establish macroscopic transport rate laws.
* Contributions from intracellular pools. I have proposed that a caffeine-
and ryanodine-sensitive store (CSS) modulates [Ca2+]i responses to
depolarization in BFSN's. The net Ca2+ flux between the CSS and cytosol
will be separated into contributions from Ca2+ uptake and release,
including Ca2+-induced Ca2+ release. Measurements will also be made of
changes in the free Ca2+ level within the CSS during stimulation and the
underlying Ca2+ fluxes. Along with information about plasma membrane
transport. these data will elucidate how the time course of [Ca2+] during
stimulation is defined, and its sensitivity to transport regulation.
* Temporal control of CaMKII by [Ca2+]i. CaMKII is a ubiquitous [Ca2+]i-
sensitive enzyme, and depolarization changes its activity by elevating
(Ca2+]i. The kinetics of enzyme activation and deactivation will be
examined in cell populations following imposed changes in [Ca2+]i.
Predicted effects on CaMKII activity of temporal patterns of stimulation
and Ca2+ transport modulation will also be tested.
Ca2+ 是许多生理刺激及其作用之间的关键联系
细胞内效应器。在神经元中,刺激引起的变化
胞质游离 Ca2+ 浓度 ([Ca2+]i) 影响酶活性,
膜兴奋性、胞吐作用、基因表达和细胞毒性
[Ca2+]i 水平导致神经系统疾病中的细胞死亡。功能性
分子研究描述了 Ca2+ 通道、泵和交换器
调节 [Ca2+]i 的酶,以及其活性依赖于 [Ca2+]i 的酶。
然而,人们对 Ca2+ 转运蛋白如何定义时间知之甚少
刺激期间 [Ca2+]i 的过程,或随时间变化的 [Ca2+] 方式
信号影响酶活性。拟议的研究将探讨如何
各种 Ca2+ 转运系统塑造 [Ca2+]i 的时间过程
刺激,以及 Ca2+ 敏感酶如何受到 [Ca2+]i 的影响
动力学。牛蛙交感神经元(BFSN)将提供模型
细胞中,Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II (CaMKII) 将充当
模型酶和 Ca2+ 指示剂染料,电生理学
技术和蛋白激酶活性测定将用于检查
以下主题:
* 刺激期间质膜 Ca2+ 转运。膜期间
去极化,[Ca2+]i 在电压依赖性影响下上升
Ca2+ 进入,但 [Ca2+]i 的时间进程反映了其他 Ca2+
运输商也是如此。穿过质膜的净 Ca2+ 通量将为
分为通过通道进入 Ca2+ 和 Ca2+ 的贡献
通过泵和交换器挤出。运输费率及其依赖性
将检查 Ca2+ 浓度、膜电位和时间
建立宏观运输费率规律。
*来自细胞内库的贡献。我建议咖啡因-
兰尼碱敏感库 (CSS) 调节 [Ca2+]i 响应
BFSN 中的去极化。 CSS 和细胞质之间的净 Ca2+ 通量
将分为 Ca2+ 吸收和释放的贡献,
包括 Ca2+ 诱导的 Ca2+ 释放。还将进行测量
刺激期间 CSS 内游离 Ca2+ 水平的变化
潜在的 Ca2+ 通量。以及有关质膜的信息
运输。这些数据将阐明 [Ca2+] 的时间进程如何
刺激被定义,及其对运输调节的敏感性。
* [Ca2+]i 对 CaMKII 的时间控制。 CaMKII 是一种普遍存在的 [Ca2+]i-
敏感酶,去极化通过提高其活性来改变
(Ca2+]i。酶激活和失活的动力学为
在 [Ca2+]i 发生变化后对细胞群进行检查。
刺激时间模式对 CaMKII 活性的预测影响
Ca2+运输调节也将被测试。
项目成果
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