A Szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ felvételének szabályozása a Foszfolamban által

Az 1970-es évek elején Arnold Katz (Tada et al1), aki kimutatta, hogy az izolált szívszarkoplazmatikus retikulum membránok foszforilációja főleg egy kis molekulatömegű fehérjén történt. Ezt a foszfoproteint foszfolambánnak nevezték el, a görög gyökérszavakból, amelyek jelentése: “foszfát fogadása.”Az 1 Foszfolamban egy kis fehérje, amely 52 aminosavmaradékot tartalmaz, és jelen van a szív, a sima és a lassú rángatózó vázizmokban. Szabályozó hatásait azonban elsősorban a szívizomban vizsgálták. In vitro vizsgálatok azt mutatták, hogy a foszfolambán három különböző helyen foszforilálható különböző protein – kinázokkal: szerin 10, protein-kináz C; szerin 16, cAMP-vagy cGMP–függő protein-kináz; és treonin 17, Ca2+ – kalmodulin-függő protein-kináz.23 mindegyik foszforiláció a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ felvételének kezdeti sebességének stimulálásával jár, amely főleg alacsony szinten kifejezett, ami a Ca2+ szivattyú Ca2+iránti affinitásának általános növekedését eredményezi.45 ezen megfigyelések alapján kezdetben feltételezték, hogy a foszforilezett foszfolamban a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+-ATPáz (SERCA2) enzim stimulátoraként működik. Az 1980-as évek végén azonban jelentős áttörés történt, amely kimutatta, hogy a defoszforilezett foszfolamban valójában a szív szarkoplazmatikus retikulum Ca2+ transzportjának gátlója Ca2+ és hogy a foszforiláció enyhíti ezt a gátló hatást, foszforiláció által kiváltott stimuláció megjelenését keltve.6 Ez a megállapítás a szívszarkoplazmatikus retikulumhoz kapcsolódó fehérje–foszfatáz azonosításával együtt,amely defoszforilálhatja a foszfolambánt, 7 vezetett a foszfolambán, mint a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ ATPáz aktivitásának reverzibilis inhibitorának jelenlegi megértéséhez.

a Foszfolambánt in situ foszforilálják is az adrenerg stimuláció során. Ép dobogó szíveken vagy izolált szívizomsejteken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy mind a szerin 16, mind a treonin 17 a foszfolambánban foszforilálódik az izoproterenol stimuláció során.89 a foszfolambán foszforilációja és a cardialis sarcoplasma reticulum Ca2+ felvételi arányának kísérő növekedése legalább részben felelősnek bizonyult az emlősök szívében lévő Anavar agonisták stimuláló hatásáért.

A Foszfolamban szerkezeti jellemzői

a foszfolamban szerkezete jelenleg nem ismert, de aminosav-szekvenciája alapján számos modellt javasoltak. Általánosan elfogadott, hogy két fő terület van: hidrofil domén (AA 1-30, jelezve az 1-30 aminosavmaradványokat), amely a három foszforilációs helyet tartalmazza, valamint egy hidrofób domén (AA 31-52), amely a szív szarkoplazmatikus retikulum membránjába van rögzítve. A hidrofil domén egy része spirális konfigurációban van, és a foszfolamban foszforilezése lazíthatja vagy megzavarhatja ezt a szerkezeti konfigurációt.Több laboratóriumból származó 10 bizonyíték jelezte a hidrofil domén fontosságát a foszfolamban szabályozó hatásainak közvetítésében a szív szarkoplazmatikus retikulum Ca2 + pumpa.6111213 valójában, AA 2-18 foszfolambánban javasolták, hogy kölcsönhatásba AA 336-412 és 467-762 a SERCA2 a funkcionális módosítás.14

a foszfolamban hidrofób doménjének spirális szerkezetét is javasolták. Jelenleg nincs egyértelmű bizonyíték arra, hogy ez a domén kölcsönhatásba lépne a szívszarkoplazmatikus retikulummal Ca2+ szivattyú, bár számos tanulmány szerint a foszfolamban hidrofób része szintén fontos a szabályozási hatások közvetítésében.Az 1215 cisztein maradványok a 6-spirális transzmembrán doménben biztosítják a monomer formák közötti nem kovalens kölcsönhatást, és hozzájárulnak a foszfolambán pentamerikus szerkezetének stabilizálásához.16 A foszfolamban pentamerek elemzése azt mutatta, hogy a pentamer képződés egy balkezes tekercselt tekercses spirális köteg, hengeres ion pórussal.17 a legújabb bizonyítékok azt mutatták, hogy a leucin cipzár stabilizálja a foszfolamban pentamerikus asszociációt,és központi ion pórust képez, 18 amely lehetővé teheti a Ca2+-szelektív ionátvitelt.19 jelenleg azonban nem világos, hogy a pentamerikus összeállítás elengedhetetlen-e a szív szarkoplazmatikus retikulum Ca2+ ATPáz funkcionális szabályozásához. A sejtmentes rendszerekben végzett expressziós vizsgálatok azt mutatták, hogy a foszfolambán monomer és pentamer formái ugyanolyan hatásosak a Ca2+ pumpára gyakorolt szabályozó hatások közvetítésében.14

egy másik elmélet a foszfolamban-Ca-Ról2+ – ATPáz kölcsönhatás a Ca2+ szivattyúfehérjék dimer asszociációját javasolta egy foszfolamban-pentamer körül.20 Ez az időben oldott foszforeszcencia anizotrópián alapuló modell a Ca2+-mentes pumpa és a defoszforilált foszfolambán közötti preferenciális kölcsönhatást írta le. A foszfolamban foszforiláció destabilizálta a kölcsönhatást, és a Ca2 + – ATPáz fokozott rotációs mobilitását eredményezte a szív szarkoplazmatikus retikulum membránjában.20

A bazális szívizom kontraktilitásának szabályozása Foszfolambánnal

a foszfolambán szerepe a bazális szívizom kontraktilitásának szabályozásában a közelmúltban foszfolambán-hiányos egér kifejlesztésével tisztázták.21 ezek az egerek, amelyeket egér embrionális őssejtekben gén-célzási módszerrel hoztak létre, hiperdinamikus szívműködést mutattak, beleértve a megnövekedett szisztolés funkciót,a bal kamrai relaxáció fokozott arányát, 21 és fokozott kamrai töltés.22 A Foszfolambán-hiányos szívek nemcsak gyorsabban ellazultak, mint a vad típusú szívek, hanem fokozott inotrop paramétereket is mutattak, beleértve a nyomásfejlődés megnövekedett ütemét, amelyeket a munkát végző készítményekben21 és in vivo értékeltek echokardiográfiás elemzésekkel.22 ezeket a megállapításokat foszfolambán-hiányos szívekből származó izolált kamrai cardiomyocyták in vitro analízisével támasztották alá, amelyek szintén javították az újbóli megnyúlás, a rövidülés és a Ca2+ kinetika sebességét.23 a fokozott kontraktilis paraméterek szubcelluláris változásokat tükröztek a szív szarkoplazmatikus retikulum szintjén. A Ca2+ pumpa Ca2+ iránti affinitása jelentősen megnőtt, és ez a foszfolambánhiányos szívekben a vad típusú szívekhez képest megnövekedett intraluminális szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ tartalommal járt.21

a foszfolambán funkcionális jelentőségét a szív kontraktilitásának szabályozásában tovább igazolták foszfolambán heterozigóta egerekkel végzett vizsgálatok, amelyek csak egy foszfolambán-célzott allélt tartalmaznak.24 ezeknek az egereknek a szíve a vad típusú egér szívében jelen lévő foszfolambán szint 40%-át fejezi ki, és ez a csökkent foszfolambán expresszió a szív szarkoplazmatikus retikulum Ca2+ transzportrendszerének Ca2+ iránti affinitásának növekedésével és a kontraktilis paraméterek növekedésével jár. Érdekes megjegyezni, hogy amikor a vad típusú, foszfolambán-heterozigóta és foszfolambán-hiányos szívekben a foszfolambán szintjét ábrázolták ezeknek a szíveknek a összehúzódási és relaxációs sebességével szemben, szoros lineáris összefüggést figyeltek meg (1.ábra), ami arra utal, hogy a foszfolambán kiemelkedő szerepet játszik az emlősök szívének bazális kontraktilis paramétereinek szabályozásában. Továbbá, mivel a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ ATPáz szintjét ezekben a genetikailag megváltozott szívekben nem befolyásolták, 25 ezek az adatok azt mutatják, hogy a foszfolambán szintjének változásai, amelyek tükrözhetik a foszfolambán relatív sztöchiometriájának változását a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ Atpázhoz, a szív kontraktilis paramétereinek párhuzamos változásaihoz kapcsolódnak. A foszfolambán funkcionális sztöchiometriája azonban a szív szarkoplazmatikus retikulumához Ca2 + ATPáz jelenleg nem ismert. In vitro vizsgálatokban az értékek 1:5 és 5 között változtak:1 A foszfolambán/SERCA2 esetében. Transzgenikus egerekkel végzett in vivo vizsgálatok, amelyek kifejezetten a szívben expresszálják a foszfolambánt, azt sugallták, hogy a foszfolamban/SERCA2″ funkcionális sztöchiometriája ” kevesebb, mint 1:1 A natív szívszarkoplazmatikus retikulum membránokban.26 ezeknek a transzgenikus egereknek a szívében a foszfolambán fehérje szintje kétszer magasabb volt a vad típusú szívekhez képest, és a megnövekedett foszfolambán expresszió a Ca2+-ATPáz Ca2+ iránti affinitásának fokozott gátlását eredményezte, anélkül, hogy ennek az enzimnek a Vmax-jára hatással lett volna.26 Továbbá, amikor a cardialis sarcoplasma reticulum Ca2+ Atpázhoz viszonyított foszfolambán relatív szintjét a Ca2+ATPáz EC50 értékeihez viszonyítva ábrázoltuk a foszfolambán túlzott expressziója, vad típusú, foszfolambán-heterozigóta és foszfolambán-hiányos szívekben, szoros lineáris összefüggést figyeltek meg (2.ábra), ami azt jelzi, hogy a transzgenikus szívekben a túlexpresszált foszfolambán funkcionálisan a Ca2+-Atpázhoz kapcsolódott. A Ca2+-ATPáz Ca2+ iránti csökkent affinitása a foszfolambán túlexpressziós szívekben a kontraktilis paraméterek csökkenésével és a Ca2+ tranziensek depressziójával társult izolált szívizomsejtekben, összehasonlítva a vad típusú szívekből származó myocytákkal.26 E transzgenikus egerek szívének echokardiográfiás elemzése szignifikánsan elnyomott frakcionált rövidülést és kerületi rövidülést mutatott a vad típusú egerek szívéhez képest.26 ezek a géntechnológiával módosított egereken végzett vizsgálatok együttesen azt mutatják, hogy a foszfolambán mind az összehúzódás, mind a relaxációs paraméterek erős elnyomója az emlősök szívében.

A Foszfolambán szerepe a myocardialis!-adrenerg Reakciókészségben

izolált dobogó szíveken és szívizomsejteken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a katekolamin alkalmazása foszfolambán foszforilációját eredményezi a szív szarkoplazmatikus retikulumában, foszfolemman a szarkolemmális membránokban, és troponin I és C fehérje a myofibrillumokban. A foszfolambán foszforilációs / defoszforilációs reakcióinak sebessége azonban gyorsabbnak tűnik, mint a többi foszfoproteiné, és a foszfolambán az emlősök szívében a CA-adrenerg válaszok kiemelkedő közvetítője. A foszfolambán foszforilációja a cAMP-szint emelkedésére adott válaszként a Ca2+ transzport rendszer fokozott aktivitásával és a szív relaxációjának fokozódásával jár együtt.272829 a Ca2+ felvétel megnövekedett aránya megnövekedett szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2 + megkötési szinthez vezet, amelyek rendelkezésre állnak a későbbi összehúzódásokhoz, ami fokozott kontraktilis erőhöz vezet. A foszfolambánt azonban nemcsak a cAMP-függő protein-kináz foszforilálja a szerin 16-on, hanem a Ca2+ – kalmodulin protein-kináz is a treonin 17,89-en, és az egyes foszforilációk relatív hozzájárulása a inotrop és lusitropiás hatásban jelenleg nem ismert.

a foszfolambán funkcionális szerepe a az adrenerg jelátviteli út a közelmúltban tisztázták a foszfolambán-hiányos egér segítségével. Az ezen egerekből izolált myocytákon és kardiális készítményeken végzett In vitro vizsgálatok az izoproterenol inotrop és lusitropiás hatásainak jelentős csökkenését mutatták a vad típusú készítményekhez képest.2123 továbbá a foszfolambánnal ablált szívek echokardiográfiás analízisével végzett in vivo vizsgálatok azt mutatták, hogy az intakt állatban az additív adrenerg stimuláló hatások is gyengültek.22 így, bár a foszfolambán nem az egyetlen fehérje, amely részt vesz a szívinfarktus-adrenerg jelátvitel transzdukciójában, az eddigi kísérleti bizonyítékok azt mutatják, hogy ez jelentős. A foszfolamban funkciója a szív katekolamin stimulációja során arra utal, hogy ez a fehérje belső “fékmechanizmusként” játszik szerepet, amely lehetővé teszi a gyors miokardiális reakciót, oly módon, hogy amikor az adrenalin felszabadul egy “harc vagy menekülés” helyzetben, a foszfolamban “fék” enyhül, lehetővé téve a szív összehúzódásának és relaxációjának gyors növekedését.

A Foszfolamban expressziójának szabályozása

a Foszfolamban egyetlen gén terméke, és több fajból klónozták, beleértve a sertést, a csirkét, az egeret és az embert. Van >96% homológia a foszfolamban gén kódoló régiói között ezen Fajok között, és a foszfolamban izoformáit eddig nem mutatták ki.30 a foszfolamban gént leképezték az emberi 6. kromoszómára.31 egereken végzett vizsgálat kimutatta, hogy a keringési rendszer tekintetében a foszfolambán differenciáltan expresszálódik, kezdve a kamrai izom magas expressziószintjétől a pitvari és pulmonalis miokardiális izmok közepes szintjéig, valamint az aorta simaizomzatának alacsony, de funkcionálisan jelentős expressziószintjéig. Úgy tűnt, hogy a kamrai és pitvari rekeszekben a foszfolambán expresszió különböző szintjei korrelálnak ezen izmok kontraktilis paramétereinek különbségeivel.32

kimutatták, hogy a Foszfolambán expressziója a fejlődés és az öregedés során is szabályozott. A szívfejlődés során a foszfolambán expressziójának fokozódását figyelték meg egérben, csirkében, patkányban és nyúlban.31323334 ezenkívül az öregedő patkány szívének foszfolamban-foszforilációjának csökkenését javasolták, hogy ezeknek a szíveknek a katekolamin stimulációra adott csökkent kontraktilis válaszaival társuljon.33

kimutatták, hogy a myocardialis foszfolambán expressziót mind a patkány, mind a nyúl pajzsmirigy állapota szabályozza.3435 a hypothyreosis során a foszfolamban mRNS szintje nem változott a nyúl pitvarában és kamrájában, míg a foszfolamban fehérje szintje emelkedett a patkány szívében. A patkány szívben a foszfolambán ezen emelkedett szintjei a cardialis sarcoplasma reticulum Ca2+ felvételének csökkent arányával társultak, összhangban a cardialis sarcoplasma reticulum Ca2 + pumpa fokozott gátlásával és csökkent kontraktilitással.34 a hyperthyreosis során a foszfolambán expresszió ellentétes szabályozási hatásait figyelték meg.3435 a hyperthyreosis a nyulak pitvaraiban és kamráiban a foszfolamban mRNS szintjének csökkenésével, a patkányok szívében pedig a foszfolamban fehérje szintjének csökkenésével járt. A foszfolambánszintek csökkenését a cardialis sarcoplasma reticulum Ca2+ felvételének megnövekedett aránya tükrözte, ami összhangban van a Ca2+ pumpa gátlásának megszüntetésével és a kontraktilis paraméterek javulásával.

a szívelégtelenség során bekövetkező génexpresszió változásainak legújabb vizsgálata azt jelezte, hogy a foszfolambán relatív arányának változása az SR Ca2+ Atpázhoz ennek a betegségnek a jellemzője lehet.363738 a szakirodalomban azonban van némi eltérés abban, hogy a foszfolamban expressziója hogyan változik a szívizom meghibásodása során. Egyes, kudarcot valló emberi szíveken végzett vizsgálatok kimutatták a foszfolamban mRNA37 vagy a foszfolamban fehérje 363738 csökkenését, míg más vizsgálatok nem figyeltek meg nyilvánvaló változásokat a kudarcot valló emberi szívek foszfolambánszintjében.39404142 bár továbbra is viták vannak a szívelégtelenség során bekövetkező foszfolamban-változásokkal kapcsolatban, egyértelmű, hogy az intracelluláris változások, amelyek a szív kontraktilitásának elnyomásával járnak, a foszfolamban szerepére utalnak a betegség etiológiájában.

összefoglaló

a foszfolambán szívfiziológiában betöltött szerepének megértése az elmúlt két évtizedben odáig fejlődött, hogy ezt a fehérjét ma már a szívizom kontraktilitásának kritikus represszorának tekintik. A foszfolamban a szívszarkoplazmatikus retikulum Ca2+ pumpájának Ca2 + iránti affinitására gyakorolt gátló hatása révén elnyomja mind az emlősök szívének relaxációs, mind összehúzódási sebességét. Ezek a gátló hatások enyhíthetők (1) foszfolamban–foszforilezéssel, (2) a foszfolamban génexpresszió csökkentésével és (3) a foszfolamban-Ca2+ – ATPáz kölcsönhatás megszakításával. Így a genetikai megközelítések és a farmakológiai beavatkozások, amelyek célja a foszfolambán gátló hatás enyhítése a szív szarkoplazmatikus retikulum Ca2 + pumpáján és a szívizom relaxációján, értékesnek bizonyulhatnak az emlősök szívének számos betegségének hatásainak visszafordításában. Az ilyen beavatkozásokat úgy lehet megtervezni, hogy gátolják a foszfolamban-foszfatázt, stabilizálják a foszfolamban foszforilezett állapotát, megszakítsák a foszfolamban-Ca2+ – ATPáz kölcsönhatást, csökkentsék a foszfolamban transzkripciót vagy megzavarják a foszfolamban mRNS stabilitását. Ilyen terápiás stratégiák kidolgozása a foszfolamban megcélzására fontos jövőbeli cél lesz a kontraktilitás klinikai javulása a kudarcot valló szívben.

lábjegyzetek