Ukr.Biochem.J. 2013; Том 85, № 5, вересень-жовтень, c. 177-190

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj85.05.177

Математичне моделювання кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язових клітинах в умовах модуляції активності кальцієвої помпи плазматичної мембрани

14.04.2016   Без категорії   No comments

С. О. Карахім, В. Ф. Горчев, П. Ф. Жук, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: laserlab@biochem.kiev.ua; kinet@biochem.kiev.ua

Методом комп’ютерного моделювання досліджено математичну модель внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язових клітинах. Показано, що збільшення граничної швидкості (VmPM) або зменшення константи Міхаеліса (KmPM) кальцієвої помпи плазматичної мембрани (PMCA) призводить до зниження концентрації Ca2+ в цитозолі і саркоплазматичному ретикулумі (SR); незначне зменшення VmPM або збільшення KmPM спричинює поступове підвищення концентрації Ca2+ в цитозолі за рахунок повільного базального потоку (ПБП), оскільки не відбувається масованого викиду Ca2+ з SR; у разі подальшого зменшення VmPM або збільшення KmPM починається процес Ca2+-індукованого викиду Ca2+ з SR і система переходить в коливальний режим; у разі досягнення певного низького рівня VmPM чи високого рівня KmPM, періодичні коливання концентрації Ca2+ в цитозолі припиняються, залишається тільки одне перше коливання, після якого поступово встановлюється новий рівень концентрації цитозольного Ca2+, набагато вищий, ніж у вихідному базальному стані (ВБС); чутливість міоцитів зі зниженою VmPM чи збільшеною KmPM до дії агоніста підвищується, а міоцитів зі збільшеною VmPM чи зі зменшеною KmPM – знижується. У випадку зміни параметрів PMCA (VmPM чи KmPM) пасивний потік Ca2+ в цитозоль із позаклітинного простору залишається практично незмінним (і рівним за величиною ПБП) впродовж всього процесу, а початкова швидкість роботи РМCA в новому рівноважному стані (НРС) практично дорівнює початковій швидкості у ВБС: це дозволяє розраховувати нове значення VmPM  або KmPM за величиною концентрації Ca2+ в цитозолі в НРС.

Ключові слова: , , , , , , ,

Посилання:

  1. Kosterin SO. Calcium transport in smooth muscles. Kiev: Naukova dumka, 1990. 216 p.
  2. Horowitz A, Menice CB, Laporte R, Morgan KG. Mechanisms of smooth muscle contraction. Physiol Rev. 1996 Oct;76(4):967-1003. Review. PubMed
  3. Floyd R, Wray S. Calcium transporters and signalling in smooth muscles. Cell Calcium. 2007 Oct-Nov;42(4-5):467-76. Review. PubMed, CrossRef
  4. Shannon TR, Wang F, Puglisi J, Weber C, Bers DM. A mathematical treatment of integrated Ca dynamics within the ventricular myocyte. Biophys J. 2004 Nov;87(5):3351-71. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Labyntseva RD, Slinchenko NM, Veklich TO, Rodik RV, Cherenok SO, Boĭko VI, Kalchenko VI, Kosterin SO. Comparative study of calixarene effect on Mg2+ -dependent ATP-hydrolase enzymatic systems from smooth muscle cells of the uterus. Ukr Biokhim Zhurn. 2007 May-Jun;79(3):44-54.  Ukrainian. PubMed
  6. Shlykov SH, Babich LH, Slichenko NM, Rodik RV, Boyko VI, Kalchenko VI, Kosterin SO. Calixarene C-91 stimulates Ca2+ accumulation in the myometrium mitochondria. Ukr Biokhim Zhurn. 2007 Jul-Aug;79(4):28-33. Ukrainian. PubMed
  7. Veklich TO, Shkrabak OA, Rodik RV, Kalchenko VI, Kosterin SO. Effect of calixarene C-107 on kinetic parameters of Na+, K(+)-ATPase in the plasma membrane of the uterus myocytes. Ukr Biokhim Zhurn. 2011 Mar-Apr;83(2):36-44. Ukrainian. PubMed
  8. Laporte R, Hui A, Laher I. Pharmacological modulation of sarcoplasmic reticulum function in smooth muscle. Pharmacol Rev. 2004 Dec;56(4):439-513. Review.
    PubMed, CrossRef
  9.  Nelson MT, Patlak JB, Worley JF, Standen NB. Calcium channels, potassium channels, and voltage dependence of arterial smooth muscle tone. Am J Physiol. 1990 Jul;259(1 Pt 1):C3-18. Review. PubMed
  10. Burdyga T, Wray S, Noble K. In situ calcium signaling: no calcium sparks detected in rat myometrium. Ann N Y Acad Sci. 2007 Apr;1101(1):85-96. Review. PubMed, CrossRef
  11. Sobie EA, Dilly KW, dos Santos Cruz J, Lederer WJ, Jafri MS. Termination of cardiac Ca(2+) sparks: an investigative mathematical model of calcium-induced calcium release. Biophys J. 2002 Jul;83(1):59-78. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Kosterin SO, Miroshnychenko MS, Pryluts’kyĭ IuI, Davydovs’ka TL, Tsymbaliuk OV. Mathematical model of trans-sarcomere exchange of calcium ions and Ca2+-dependent control of smooth muscle contractile activity. Ukr Biokhim Zhurn. 2002 Mar-Apr;74(2):128-33. Ukrainian. PubMed
  13. Parekh AB, Putney JW Jr. Store-operated calcium channels. Physiol Rev. 2005 Apr;85(2):757-810. Review. PubMed
  14. Bursztyn L, Eytan O, Jaffa AJ, Elad D. Modeling myometrial smooth muscle contraction. Ann N Y Acad Sci. 2007 Apr;1101(1):110-38. Review. PubMed, CrossRef
  15. Wiesner TF, Berk BC, Nerem RM. A mathematical model of cytosolic calcium dynamics in human umbilical vein endothelial cells. Am J Physiol. 1996 May;270(5 Pt 1):C1556-69. PubMed
  16. Zucchi R, Ronca F, Ronca-Testoni S. Modulation of sarcoplasmic reticulum function: a new strategy in cardioprotection? Pharmacol Ther. 2001 Jan;89(1):47-65. Review.
    PubMed, CrossRef
  17. Ji G, Feldman M, Doran R, Zipfel W, Kotlikoff MI. Ca2+ -induced Ca2+ release through localized Ca2+ uncaging in smooth muscle. J Gen Physiol. 2006 Mar;127(3):225-35.
    PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Fill M, Copello JA. Ryanodine receptor calcium release channels. Physiol Rev. 2002 Oct;82(4):893-922. Review. PubMed, CrossRef
  19. Tugay VA, Danilovich IuV.Mechanisms of Ca2+ transport to the cytoplasm of muscle cells, role of protons and active nitrogen (oxygen) metabolites in these processes. Ukr Biokhim Zhurn. 2006 Mar-Apr;78(2):37-51. Russian. PubMed
  20. Yao J, Li Q, Chen J, Muallem S. Subpopulation of store-operated Ca2+ channels regulate Ca2+-induced Ca2+ release in non-excitable cells. J Biol Chem. 2004 May 14;279(20):21511-9. PubMed, CrossRef
  21. Zinchenko V. P., Dolgacheva L.P.  Intracellular signaling. Pushchino:  Pushchino:  Jelektronnoe izdatel’stvo “Analiticheskaja mikroskopija”, 2003. http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/Vnutrikletochnaja_Signalizacija.pdf.
  22. The study of Ca2+-induced Ca2+ release from the sarcoplasmic reticulum in smooth muscle cells by mathematical modeling / Zhuk P.F., Karakhim S.O., Gorchev V.F., Kosterin S.O., Inst. of inform. and diagn.systems of Nat. Aviation Un., Kiev, 2010;55p.; Dep. in NTBU 2010, No.28.
  23. Bird GS, DeHaven WI, Smyth JT, Putney JW Jr. Methods for studying store-operated calcium entry. Methods. 2008 Nov;46(3):204-12. Review.
    PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Venetucci LA, Trafford AW, O’Neill SC, Eisner DA. The sarcoplasmic reticulum and arrhythmogenic calcium release. Cardiovasc Res. 2008 Jan 15;77(2):285-92. PubMed, CrossRef
  25. Borle AB, Borle CJ, Dobransky P, Gorecka-Tisera AM, Bender C, Swain K. Effects of low extracellular Ca2+ on cytosolic free Ca2+, Na+, and pH of MDCK cells. Am J Physiol. 1990 Jul;259(1 Pt 1):C19-25. PubMed
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.