Ukr.Biochem.J. 2014; Том 86, №3, травень-червень, c. 41-48

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj86.03.041

Са(2+)/Н(+)-обмін у мітохондріях міометрія

23.06.2015   Без категорії   No comments

О. В. Коломієць, Ю. В. Данилович, Г. В. Данилович, С. О. Костерін

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

З використанням флуоресцентного зонда Fluo-4 АМ ідентифіковано Na+-незалежний Са2+/Н+-обмін в ізольованих мітохондріях міометрія щурів та вивчено його окремі властивості. Штучне створення спрямованого в матрикс мітохондрій градієнта протонів спричинює антипортне вивільнення Са2+, попередньо акумульованого в енергозалежному процесі (у присутності Mg-АТР та сукцинату). Функціонування Са2+/Н+-обміну залежить від величини градієнта протонів та характеризується зворотністю, а саме в умовах залуження позамітохондріального середовища реєструється додаткова акумуляція Са2+ органелами. Градієнти моновалентних катіонів (Na+, K+, Li+) не зумовлюють вивільнення Са2+ з мітохондрій. Швидкість Са2+/Н+-обміну зростає в умовах збільшення ∆рН на мембрані мітохондрій, а кінетика ∆рН-індукованого вивільнення Са2+ з матриксу відповідає закономірностям реакції першого порядку.  Дослідження окремих властивостей Са2+/Н+-обміну в мітохондріях міометрія показало, що зазначений транспортний процес має електрогенну природу, можливо здійснюється в стехіометрії 1 : 1 (коефіцієнт Хілла щодо Н+ наближається до 1) і спроможний регулювати внутрішньомітохондріальну концентрацію Са2+ за фізіологічних умов (активації за рН ≈ 6,9).  Отже, у внутрішній мембрані мітохондрій міометрія наявна система вторинно-активного транспортування Са2+ з матриксу цих органел у міоплазму, причому основою цього процесу, можливо, є функціонування Са2+/Н+-обмінника.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Kostyuk OP, Lukyanets EA. Intracellular calcium signalling: structures and functions. Kyiv: Naukova dumka, 2010.  175 p.
  2. Kosterin SA, Burdyga FV. Ca2+ transport and intracellular homeostasis in myometrium. Uspekhi Sovrem. Biologii. 1993;113(4):485-506.
  3. Perocchi F, Gohil VM, Girgis HS, Bao XR, McCombs JE, Palmer AE, Mootha VK. MICU1 encodes a mitochondrial EF hand protein required for Ca(2+) uptake. Nature. 2010 Sep 16;467(7313):291-6. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Santo-Domingo J, Demaurex N. Calcium uptake mechanisms of mitochondria. Biochim Biophys Acta. 2010 Jun-Jul;1797(6-7):907-12. Review. PubMed, CrossRef
  5. Malli R, Graier WF. Mitochondrial Ca2+ channels: Great unknowns with important functions. FEBS Lett. 2010 May 17;584(10):1942-7. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Pan S, Ryu SY, Sheu SS. Distinctive characteristics and functions of multiple mitochondrial Ca2+ influx mechanisms. Sci China Life Sci. 2011 Aug;54(8):763-9. Epub 2011 Jul 24. Review. PubMed,  PubMedCentral, CrossRef
  7. Csordás G, Várnai P, Golenár T, Sheu SS, Hajnóczky G. Calcium transport across the inner mitochondrial membrane: molecular mechanisms and pharmacology. Mol Cell Endocrinol. 2012 Apr 28;353(1-2):109-13. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Kandaurova N. V. Ca2+-induced changes in mitochondrial membrane potential of rat myometrium : avtoref. dys. … kand. biol. nauk.  2011. 20 p.
  9. Baughman JM, Perocchi F, Girgis HS, Plovanich M, Belcher-Timme CA, Sancak Y, Bao XR, Strittmatter L, Goldberger O, Bogorad RL, Koteliansky V, Mootha VK. Integrative genomics identifies MCU as an essential component of the mitochondrial calcium uniporter. Nature. 2011 Jun 19;476(7360):341-5. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Alam MR, Groschner LN, Parichatikanond W, Kuo L, Bondarenko AI, Rost R, Waldeck-Weiermair M, Malli R, Graier WF. Mitochondrial Ca2+ uptake 1 (MICU1) and mitochondrial ca2+ uniporter (MCU) contribute to metabolism-secretion coupling in clonal pancreatic β-cells. J Biol Chem. 2012 Oct 5;287(41):34445-54. Epub 2012 Aug 17. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Jiang D, Zhao L, Clapham DE. Genome-wide RNAi screen identifies Letm1 as a mitochondrial Ca2+/H+ antiporter. Science. 2009 Oct 2;326(5949):144-7. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Nowikovsky K, Pozzan T, Rizzuto R, Scorrano L, Bernardi P. Perspectives on: SGP symposium on mitochondrial physiology and medicine: the pathophysiology of LETM1. J Gen Physiol. 2012 Jun;139(6):445-54. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Waldeck-Weiermair M, Jean-Quartier C, Rost R, Khan MJ, Vishnu N, Bondarenko AI, Imamura H, Malli R, Graier WF. Leucine zipper EF hand-containing transmembrane protein 1 (Letm1) and uncoupling proteins 2 and 3 (UCP2/3) contribute to two distinct mitochondrial Ca2+ uptake pathways. J Biol Chem. 2011 Aug 12;286(32):28444-55. Epub 2011 May 25. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Kosterin SA. Calcium transport in smooth muscle. Kiev: Naukova dumka. 1990. 216 p. (In Russian).
  15. Kosterin SA, Bratkova NF, Kursky MD. The role of sarcolemma and mitochondria in calcium-dependent control of myometrium relaxation. Biokhimiia. 1985 Aug;50(8):1350-61. Russian. PubMed
  16. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976 May 7;72(1-2):248-54. PubMed, CrossRef
  17. Geyier G. Electronic histochemistry. Moscow: Mir; 1974. 488 p.
  18. Kandaurova NV, Chunikhin AJu, Babich LG, Shlykov SG, Kosterin SO. Modulators of transmembrane calcium exchange in myometrium mitochondria change their hydrodynamic diameter. Ukr Biokhim Zhurn. 2010 Nov-Dec;82(6):52–57. PubMed
  19. Ponomarenko OV, Babich LH, Gorchev VF, Kosterin SO. Studies of Ca2+-dependent smooth muscle mitochondria swelling using flow cytometry and spermine effects on this process. Ukr Biokhim Zhurn. 2006 Nov-Dec;78(6):38-45. Ukrainian. PubMed
  20. Kolomiets OV, Danylovych YuV, Danylovych GV, Kosterin SO. Ca2+ accumulation study in isolated smooth muscle mitochondria using Fluo-4 AM. Ukr Biokhim Zhurn. 2013 Jul-Aug;85(4):30-39. Ukrainian.  PubMed, CrossRef
  21. Fluo calcium indicators. Molecular probes. Invitrogen detection technologies. Product information. – Revised: 02-Feb-2011.
  22. Berezhnov AV, Zinchenko VP, Fedotova EI, Yashin VA. Application of fluorescence microscopy in studies Ca2+ dynamics in cells.  Pushchino, Pushchino Scientific Center, RAS, Research and training Center of Insitute of Cell Biophysics RAS 2007. 65 p.
  23. Gee KR, Brown KA, Chen WN, Bishop-Stewart J, Gray D, Johnson I. Chemical and physiological characterization of fluo-4 Ca(2+)-indicator dyes. Cell Calcium. 2000 Feb;27(2):97-106. PubMed, CrossRef
  24. Kucherenko MIe, Babeniuk IuD, Voitsitskyi VM.  Uchbovyi posibnyk. Modern methods in biochemical research: Textbook. Kyiv: Fitosotsiotsentr, 2001.  424 p.
  25. Shinlova OP, Kosterin SA, Veklich TA. Ruthenium red inhibits energy-dependent and passive Ca2+ transport in permeabilized smooth muscle cells. Biokhimiia. 1996 Aug;61(8):1440-7. Russian. PubMed
  26. Keleti T. Foundations of enzyme kinetics. Moscow: Mir, 1990. 350 p.
  27. Vovkanych LS, Dubytsky LO. Kinetical properties of the H+-stimulated rat liver mitochondria Ca2+ efflux. Exp Clin Physiol Biochem. 2001;15(3):34-37. Ukrainian.
  28. Gunter TE, Pfeiffer DR. Mechanisms by which mitochondria transport calcium. Am J Physiol. 1990 May;258(5 Pt 1):C755-86. Review. PubMed
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.