Са2+-FUNCTIONAL UNITS CONCEPTION CONCERNING TO SECRETORY CELL OF CHIRONOMUS PLUMOSUS LARVAE SALIVARY GLAND

V. V. Manko


DOI: http://dx.doi.org/10.30970/sbi.0201.014

Abstract


On the basis of analysis of experimental data received during investigation of Ca2+-transporting systems of secretory cells of salivary glands of Chironomus plumosus larvae, a conception of Ca2+-functional units has been proposed. According to this conception, Ca2+-functional unit is an abstract model which consists of with active and passive Ca2+-transporting systems and cellular membrane providing Ca2+ cations compartmentalisation. There are type I (active and passive transporting systems located in the same membrane) and type II (active and passive transporting systems located in different membranes of the same cell) Ca2+-functional units. In both cases, Ca2+-functional unit is not a static structure, but a dynamic one, that ensure proper [Ca2+] support in cytosol. It may be in three states: 1) resting state the is characterised by a dynamic balance between the influx and efflux of Ca2+ flow; 2) active state of Ca2+ influx (regarding cytosol) prevailing over the efflux; 3) inactive state (oppositely, Ca2+ efflux prevailing over its influx). Factors which due to direct positive or negative feedback are supporting Ca2+-transporting systems transition between different states, are Ca2+ cations, since the activity of majority of Ca2+-transporting systems depends on cytosol concentration of Ca2+. Endoplasmic Ca2+-functional unit of investigated secretory cells combines Ca2+-pump of endoplasmic reticulum, lnsP3Rs and RyRs. As a result of 1) ryanodine adding to incubatory medium of glands in submicromolar concentration causes Ca2+ content increasing in their tissue; 2) lnsP3Rs stimulation prevents simultaneous RyRs stimulation or contrariwise; 3) heparin causes Ca2+ content increasing in gland tissue, treated with saponin, but only in ryanodine presence in medium in concentration activating RyRs. Ca2+-functional unit of plasma mambrane are formed by voltage-operated Ca2+-channels, Na+-Ca2+ exchanger and Ca2+-pump of plasma membrane. That assumption is based on the fact that between the voltage-operated Ca2+-channel and Na+-Ca2+ exchanger, from one side, and Na+-Ca2+ exchanger and Ca2+-pump of plasma membrane, from the other side, tight functional links are existing even in case of intracellular perfusion. To some extent, condition of this Ca2+-functional unit are defined by Na+-Ca2+ exchange dependence on Na+-K+ pump activity. Its peculiar feature is also a dependence on membrane potential level, not only on cytosolic [Ca2+]. Distinct Ca2+-transporting systems may be a part of several Ca2+-functional units. Endoplasmic-mitochondrial Ca2+-functional unit consists of Ca2+-release channels of endoplasmic reticulum and mitochondrial Ca2+-uniporter, so far as influence of ryanodine and ruthenium red, and also lnsP3 and ruthenium red under the condition of their combination in incubation medium with Ca2+ content of salivary glands tissue is not additive. Postulated conception could be positioned as a working hypothesis for identification of the role of different Ca2+-transporting systems in coordination of Ca2+-signalling in different cells other than secretory cells of exocrine glands.


Keywords


Ca2+-functional unit, Na+-Ca2+ exchanger, Ca2+-pump, voltage-operated Ca2+-channels, InsP3R, RyR, Ca2+- uniporter, secretory cells

References


1. Бичкова С.В., Манько В.В. Ріанодиніндуковане вивільнення Са2+ у секреторних клітинах слинних залоз личинки Chironomus plumosus L. Вісник Львів. ун-ту. Серія біол., 2004; 35: 244-250.

2. Бичкова С., Манько В., Клевець М., Кулачковський О. Роль мітохондрій у Cа2+-сигналізації секреторних клітин травних залоз. Вісник Львів. ун-ту. Серія біол., 2007; 44: 3-14.

3. Деркач М.П., Гумецький Р.Я., Чабан М.Є. Курс варіаційної статистики. Київ: Вища школа, 1977. 206 с.

4. Клевець М.Ю., Манько В.В. Характеристика потенціалозалежного кальцієвого струму мембрани секреторних клітин. Физиол. Журнал, 1992; 38(3): 70-75.

5. Клевець М.Ю., Манько В.В. Вивчення натрієвого градієнта для реєстрації струму через кальцієві потенціалозалежні канали мембрани секреторних клітин. XIV з'їзд українського фізіологічного товариства: Тези доповідей. Київ, 1994: 10-11.

6. Клевець М.Ю., Манько В.В., Федірко Н.В. Дослідження нагромадження кальцію секреторними клітинами ізольованих слинних залоз личинки хірономуса та його значення для секреторного процесу (Львів. ун-т). Львів, 1996. 22 с. Укр. Деп. в Укр. ІНТЕІ 29.10.96, № 87 - Ук 96.

7. Клевець М.Ю., Манько В.В., Федірко Н.В. та ін. Кальцій і плазматична мембрана секреторних клітин екзокринних залоз. Вісн. Київ. ун-ту. Фізіологія: Проблеми регуляції фізіологічних функцій, 2000; 6: 9-13.

8. Король Т., Манько В., Клевець М. Вплив блокаторів потенціалозалежних кальцієвих каналів на стимульований гіперкалієвою деполяризацією вхід Са2+ у клітини екзокринних залоз та їх секреторну відповідь. Галицький лікарський вісник, 1998; 5(3): 46-48.

9. Король Т.В., Манько В.В., Клевець М.Ю. Дослідження активного транспорту Са2+ у секреторних клітинах слинних залоз личинки Chironomus plumosus L. Біологія тварин, 2000; 2(1): 92-97.

10. Манько В.В. Характеристика струмів потенціалозалежних кальцієвих каналів мембрани секреторних клітин: Автореф. дис. … канд. біол. наук. Київ, 1995. 21 с.

11. Манько В.В. Са2+-транспортні системи внутрішньоклітинних депо секреторних клітин малоклітинних залоз. І. Ідентифікація. Матеріали міжнародної конференції, присвяченої пам'яті професора Шостаковської Ірини Василівни (11-12 жовтня 2002 р., м. Львів). Львів, 2002: 28-33.

12. Манько В.В. Методологічні підходи до дослідження Na+-Ca2+-обміну в екзокринних секреторних клітинах. Укр. біохім. Журнал, 2006; 78(1): 43-62.

13. Манько В.В., Бичкова С.В., Клевець М.Ю. Ідентифікація каналів вивільнення Са2+ у секреторних клітинах слинних залоз личинки комара-дергуна. Укр. біохім. Журнал, 2004; 76(1): 65-71.

14. Манько В., Великопольська О. Ідентифікація пуринових рецепторів у секреторних клітинах слинних залоз личинки комара-дергуна. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол, 2005; 40: 134-139.

15. Манько В.В., Клевец М.Ю., Ларина О.А. Зависимость амплитуды тока Na+-Ca2+-обмена мембраны секреторных клеток от функциональной активности Са2+-насоса в условиях внутриклеточной перфузии. ІІ съезд биофизиков России (23-27 августа 1999 г., Москва): Тез. докл. Москва, 1999; 2: 537-538.

16. Манько В.В., Клевець М.Ю., Ларіна О.А., Стельмах С.В. Слинні залози личинки Сhironomus plumosus як об'єкт для досліджень Са2+-транспортних систем секреторних клітин екзокринних залоз. Биологич. вестн, 2001; 5(1-2): 133-136.
https://doi.org/10.30970/sbi.0101.004

17. Манько В.В., Клевець М.Ю., Федірко Н.В. Методичні підходи для виявлення трансмембранного струму натрій-кальцієвого обміну. Нейрофизиология/Neurophysiology, 1998; 30(4/5): 275-278.

18. Манько В.В., Король Т.В., Клевець М.Ю., Демків О.Т. Дослідження Сa2+-транспортних систем секреторних клітин екзокринних залоз з використанням хлор тетрацикліну. Вісн. Харк. ун-ту, № 488. Біофіз. вісн, 2000; 6(1): 79-81.

19. Манько В., Ларіна О., Клевець М. Залежність струму Na+-Ca2+-обміну плазматичної мембрани екзокринних секреторних клітин від функціонування Na+-K+-помпи. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол, 2001; 27: 218-224.

20. Манько В.В., Стельмах С.В. Вплив рутенію червоного на вміст Са2+ у тканині слинних залоз личинки Сhironomus plumosus. Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол, 2002; 29: 171-176.

21. Слинченко Н.Н., Браткова Н.Ф., Костерин С.А., Черныш И.Г. Влияние эозина Y на каталитичемкую и функциональную активность Mg2+, ATP-зависимого кальциевого насоса плазматической мембраны гладкомышечных клеток. Биохимия, 1998; 63(6): 812- 819.

22. Adkins C.E., Taylor C.W. Lateral inhibition of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors by cytosolic Ca2+. Current Biol, 1999; 9: 1115-1118.
https://doi.org/10.1016/S0960-9822(99)80481-3

23. Ashby M.C., Craske M., Park M.K., Gerasimenko O.V. et al. Localized Ca2+ uncaging reveals polarized distribution of Ca2+-sensitive Ca2+ release sites: mechanism of unidirectional Ca2+ waves. J. Cell. Biol, 2002; 158: 283-292.
https://doi.org/10.1083/jcb.200112025
PMid:12119355 PMCid:PMC2173122

24. Beutner G., Sharma V.K., Lin L. et al. The mitochondrial ryanodine receptor in rat heart: characterization of the subtype. Biophys. J, (Annual Meeting Abstracts), 2002; 82: 110.

25. Bootman M. D., Lipp P. Calcium signalling: ringing changes to the "bell-shaped curve". Current Biol, 1999; 9: R876-878.
https://doi.org/10.1016/S0960-9822(00)80072-X

26. Cancela J.M., Gerasimenko O.V., Gerasimenko J.V. et al. Two different but converging messenger pathways to intracellular Ca2+ release: the roles of nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate, cyclic ADP-ribose and inositol trisphosphate. EMBO J, 2000; 19(11): 2549-2557.
https://doi.org/10.1093/emboj/19.11.2549
PMid:10835353 PMCid:PMC212763

27. Cannell M.B., Soeller C. Sparks of interest in cardiac excitation-contraction coupling. Trends Pharmacol. Sci, 1998; 19: 16-20.
https://doi.org/10.1016/S0165-6147(97)01149-8

28. Giovannucci D.R., Groblewski G.E., Sneyd J., Yule D.I. Targeted phosphorylation of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors selectively inhibits localized Ca2+ release and shapes oscillatory Ca2+ signals. J. Biol. Chem, 2000; 275(43): 33704-33711.
https://doi.org/10.1074/jbc.M004278200
PMid:10887192

29. Hajnoczky G., Hager R., Thomas A.P. Mitochondria suppress local feedback activation of inositol 1,4,5-trisphosphate receptors by Ca2+. J. Biol. Chem, 1999; 274: 14157-14162.
https://doi.org/10.1074/jbc.274.20.14157
PMid:10318833

30. Inoue M., Bridge J.H.B. Ca2+ sparks in rabbit ventricular myocytes evoked by action potentials. Involvement of clusters of L-type Ca2+ channels. Cell. Biol, 2003; 92: 532-538.
https://doi.org/10.1161/01.RES.0000064175.70693.EC
PMid:12609971

31. Kidd J.F., Fogarty K.E., Tuft R.A., Thorn P. The role of Ca2+ feedback in shaping InsP3-evoked Ca2+ signals in mouse pancreatic acinar cells. J. Physiol, 1999; 520: 187-201.
https://doi.org/10.1111/j.1469-7793.1999.00187.x
PMid:10517811 PMCid:PMC2269552

32. Knot H.J., Laher I., Sobie E.A. et al. Twenty years of calcium imaging: cell physiology to dye for. Molecular Interventions, 2005; 5: 112-127.
https://doi.org/10.1124/mi.5.2.8
PMid:15821159 PMCid:PMC4861218

33. Li Q., Luo X., Muallem S. Functional mapping of Ca2+ signaling complexes in plasma membrane microdomains of polarized cells. J. Biol. Chem, 2004; 279(27): 27837-27840.
https://doi.org/10.1074/jbc.C400184200
PMid:15123684

34. Lipscombe D., Madison D.V., Poenie M. et al. Imaging of cytosolic Ca2+ transients arising from Ca2+ stores and Ca2+ channels in sympathetic neurons. Neuron, 1988; 1: 355-365.
https://doi.org/10.1016/0896-6273(88)90185-7

35. Park M.K., Ashby M.C., Erdemli G. et al. Perinuclear, perigranular and sub-plasmalemmal mitochondria have distinct functions in the regulation of cellular calcium transport. EMBO J, 2001; 20(8): 1863-1874.
https://doi.org/10.1093/emboj/20.8.1863
PMid:11296220 PMCid:PMC125431

36. Petersen O.H. Localization and regulation of Ca2+ entry and exit pathways in exocrine gland cells. Cell Calcium, 2003; 33: 337-344.
https://doi.org/10.1016/S0143-4160(03)00047-2

37. Petersen O.H., Burdakov D., Tepikin A.Y. Polarity in intracellular calcium signaling. BioEssays, 1999; 21: 851-860.
https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-1878(199910)21:10<851::AID-BIES7>3.0.CO;2-F

38. Rizzuto R., Pozzan T. Microdomains of intracellular Ca2+: molecular determinants and functional consequences. Physiol. Rev, 2006; 86: 369-408.
https://doi.org/10.1152/physrev.00004.2005
PMid:16371601

39. Yao Y., Choi J., Parker I. Quantal puffs of intracellular Ca2+ evoked by inositol trisphosphate in Xenopus oocytes. J. Physiol, 1995; 482: 533-553.
https://doi.org/10.1113/jphysiol.1995.sp020538
PMid:7738847

40. Zimmermann B. Control of Ins P3-induced Ca2+ oscillations in permeabilized blowfly salivary gland cells: contribution of mitochondria. J. Physiol, 2000; 525(3): 707-719.
https://doi.org/10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00707.x
PMid:10856123 PMCid:PMC2269978

41. Zucchi R., Ronca-Testoni S. The sarcoplasmic reticulum Ca2+ channel/ryanodine receptor: modulation by endogenous effectors, drugs and disease states. Pharmacol. Reviews, 1997; 49(1): 1-52.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2008 Studia biologica

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.