We report the complexation behavior of calix[4]arenemonoquinone-triacid (CTAQ), which is an electroactive and water-soluble receptor for calcium ion. UV-visible and NMR spectroscopic studies revealed that CTAQ in aqueous media forms 1:2 as well as 1:1 (metal ion:CTAQ) stoichiometric complexes with $Ca^{2+}$, $Sr^{2+}$, and $Ba^{2+}$ ions. The nonlinear fitting of titration curves based on UV-visible absorption spectra showed that the binding constants of CTAQ for $Ca^{2+}$ ion are 4 $({\pm}2){\times}10^6\;M^{-1}$ for 1:1 and 1.4 $({\pm}0.5){\times}10^{11}\;M^{-2}$ for 1:2 complex. NMR conformational studies and the titration curves corroborate that the $Ca^{2+}$:CTAQ complex in aqueous solution is not present in the form of merely 1:1 one, being consistent with UV-visible spectrophotometric results. The Monte Carlo simulation supports the presence of a stable conformer of 1:2 complexes in which a $Ca^{2+}$ ion is interposed between two CTAQs at the global minimum. This is the first model of 1:2 stoichiometric complex of calix[4]arene and alkaline earth ions in aqueous media.
Objective : While many factors contribute to aging, changes in calcium homeostasis and calcium related neuronal processes are likely to be important. High intracellular calcium is toxic to cells and alterations in calcium homeostasis are associated with changes in calcium-binding proteins, which confine free $Ca^{2+}$. We therefore assayed the expression of the calcium binding proteins calretinin and calbindin in the central auditory nervous system of rats. Methods : Using antibodies to calretinin and calbindin, we assayed their expression in the cochlear nucleus, superior olivary nucleus, inferior colliculus, medial geniculate body and auditory cortex of young (4 months old) and aged (24 months old) rats. Results : Calretinin and calbindin staining intensity in neurons of the cochlear nucleus was significantly higher in aged than in young rats (p<0.05) The number and staining intensity of calretinin-positive neurons in the inferior colliculus, and of calbindin-positive neurons in the superior olivary nucleus were greater in aged than in young rats (p<0.05). Conclusion : These results suggest that auditory processing is altered during aging, which may be due to increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration, consequently leading to increased immunoreactivity toward calcium-binding proteins.
In the present study, the postnatal developmental changes in the expressional levels of cardiac sarcoplasmic reticulum (SR) $Ca^{2+}$ regulatory proteins, i.e. $Ca^{2+}-ATPase,$ phospholamban, and $Ca^{2+}$ release channel, were investigated. Both SR $Ca^{2+}-ATPase$ and phospholamban mRNA levels were about 35% of adult levels at birth and gradually increased to adult levels. Protein levels of both SR $Ca^{2+}-ATPase$ and phospholamban, which were measured by quantitative immunoblotting, were closely correlated with the mRNA levels. The initial rates of $Ca^{2+}$ uptake at birth were about 40% of adult rates and also increased gradually during the myocardial development. Consequently, the relative phospholamban/$Ca^{2+}-ATPase$ ratio was 1 in developmental hearts. $Ca^{2+}$ release channel (ryanodine receptor) mRNA was about $50{\sim}60%$ at birth and increased gradually to adult level throughout the postnatal rat heart development. $^3[H]ryanodine$ binding increased gradually during postnatal myocardial development, which was closely correlated with ryanodine mRNA expression levels during the development except the ryanodine mRNA level at birth. These findings indicate that cardiac SR $Ca^{2+}-ATPase,$ phospholamban, and $Ca^{2+}$ release channel are expressed coordinately, which may be necessary for intracellular $Ca^{2+}$ regulation during the rat heart development.
Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine) is the major neurohormone secreted during the night by the vertebrate pineal gland. The circadian pattern of pineal melatonin secretion is related to the biological clock within the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus in mammals. The SCN coordinates the body's rhythms to the environmental light-dark cycle in response to light perceived by the retina, which acts mainly on retinal ganglion cells that contain the photopigment melanopsin. Calbindin-D9k (CaBP-9k) is a member of the S100 family of intracellular calcium- binding proteins, and in this review, we discuss the involvement of melatonin and CaBP-9k with respect to calcium homeostasis and apoptotic cell death. In future studies, we hope to provide important information on the roles played by CaBP-9k in cell signal transduction, cell proliferation, and $Ca^{2+}$ homeostasis in vivo and in vitro.
The effect of diazoxide, a $K^{+}$channel opener, on apoptotic cell death was investigated in HepG2 human hepatoblastoma cells. Diazoxide induced apoptosis in a dose-dependent manner and this was evaluated by flow cytometric assays of annexin-V binding and hypodiploid nuclei stained with propidium iodide. Diazoxide did not alter intracellular $K^{+}$concentration, and various inhibitors of $K^{+}$channels had no influence on the diazoxide-induced apoptosis; this implies that $K^{+}$channels activated by diazoxide may be absent in the HepG2 cells. However, diazoxide induced a rapid and sustained increase in intracellular $Ca^{2+}$ concentration, and this was completely inhibited by the extracellular $Ca^{2+}$ chelation with EGTA, but not by blockers of intracellular $Ca^{2+}$ release (dantrolene and TMB-8). This result indicated that the diazoxide-induced increase of intracellular $Ca^{2+}$ might be due to the activation of a Ca2+ influx pathway. Diazoxide-induced $Ca^{2+}$ influx was not significantly inhibited by either voltage-operative $Ca^{2+}$ channel blockers (nifedipinen or verapamil), or by inhibitors of $Na^{+}$, $Ca^{2+}$-exchanger (bepridil and benzamil), but it was inhibited by flufenamic acid (FA), a $Ca^{2+}$-permeable nonselective cation channel blocker. A quantitative analysis of apoptosis by flow cytometry revealed that a treatment with either FA or BAPTA, an intracellular $Ca^{2+}$ chelator, significantly inhibited the diazoxide-induced apoptosis. Taken together, these results suggest that the observed diazoxide-induced apoptosis in the HepG2 cells may result from a $Ca^{2+}$ influx through the activation of $Ca^{2+}$-permeable non-selective cation channels. These results are very significant, and they lead us to further suggest that diazoxide may be valuable for the therapeutic intervention of human hepatomas.
Park, Jae-Bong;Christoper C. Farnsworth;John A. Glomset
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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1996.07a
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pp.38-38
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1996
Rab3A is a synaptic vesicle-associated, GTP-binding protein that has been implicated in the regulation of neurotransmission. We show here that Ca2+/calmodulin can form a 1:1 complex with Rab3A and cause it to dissociate from synaptosomal membranes. Formation of the complex requires both the lipidated C-terminus of Rab3A and the presence of guanine nucleotide. (omitted)
Kim, Hae-Won;Noh, Kyung-Min;Park, Mi-Young;Lee, Hee-Ran;Lee, Eun-Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.3
no.2
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pp.223-230
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1999
Alterations of cardiovascular function associated with various thyroid states have been studied. In hyperthyroidism left ventricular contractility and relaxation velocity were increased, whereas these parameters were decreased in hypothyroidism. The mechanisms for these changes have been suggested to include alterations in the expression and/or activity levels of various proteins; ${\alpha}-myosin$ heavy chain, ${\beta}-myosin$ heavy chain, ${\beta}-receptors,$ the guanine nucleotide-binding regulatory protein, and the sarcolemmal $Ca^{2+}-ATPase.$ All these cellular alterations may be associated with changes in the intracellular $Ca^{2+}$ concentration. The most important regulator of intracellular $Ca^{2+}$ concentration is the sarcoplasmic reticulum (SR), which serves as a $Ca^{2+}$ sink during relaxation and as a $Ca^{2+}$ source during contraction. The $Ca^{2+}-ATPase$ and phospholamban are the most important proteins in the SR membrane for muscle relaxation. The dephosphorylated phospholamban inhibits the SR $Ca^{2+}-ATPase$ through a direct interaction, and phosphorylation of phospholamban relieves the inhibition. In the present study, quantitative changes of $Ca^{2+}-ATPase$ and phospholamban expression and the functional consequences of these changes in various thyroid states were investigated. The effects of thyroid hormones on (1) SR $Ca^{2+}$ uptake, (2) phosphorylation levels of phospholamban, (3) SR $Ca^{2+}-ATPase$ and phospholamban protein levels, (4) phospholamban mRNA levels were examined. Our findings indicate that hyperthyroidism is associated with increases in $Ca^{2+}-ATPase$ and decreases in phospholamban levels whereas opposite changes in these proteins occur in hypothyroidism.
$Ca^{2+}$/calmodulin transduction pathways have been implicated in mediating stress response and tolerance in plants. Here, three genes encoding calmodulin (Cam) members of the EF-hand family of $Ca^{2+}$-binding proteins were identified from Oryza sativa L. databases. Complementary DNA for each of the calmodulin genes, OsCam1, OsCam2, and OsCam3 were sequenced. OsCam1 and OsCam2 encode a conventional 148-amino acid calmodulin protein that contains four characteristic $Ca^{2+}$-binding motifs. OsCam3 encode a similar protein with a 38-amino-acid extension containing a putative prenylation site (CVIL) at the carboxyl terminus. RT-PCR showed that each of the genes is expressed in leaves and roots of 2-week old rice seedlings. By RNA gel blot analysis, OsCam1 mRNA levels strongly increased in response to NaCl, mannitol and wounding treatments. In contrast, OsCam2 mRNA levels were relatively unchanged under all conditions investigated. NaCl treatment and wounding also increased the OsCam3 mRNA level, but in a more transient manner. Our results indicate that although the expression of genes encoding different calmodulin isoforms is ubiquitous, they are differentially regulated by various stress signals. In addition, we have demonstrated that the calcium-channel blocker lanthanum chloride inhibited the induction of OsCam1 gene expression by both NaCl and mannitol treatments. These results suggest that osmotic stress induced expression of OsCam1 gene requires the $[Ca^{2+}]_{cyt}$ elevation that is known to occur in response to these stimuli.
Here we focused on tip-burn and blossom-end rot (BER) symptoms in the tomato plants expressing the constitutively active form of $Ca^{2+}/H^+$ antiporter (sCAX1) and/or a Ca-binding protein (calreticulin, CRT) genes during their whole growth period. Conclusively we demonstrated that CRT is able to suppress the tip-burn and BER symptoms that were induced by sCAX1. Under poor nutrition condition, tomato plants overexpressing sCAX1 showed severe necrotic collapses in both roots and shoot polar tissues, which are in accordance with $Ca^{2+}$ deficient symptoms frequently observed in an agricultural cultivation of tomato. Reciprocal grafting trials using sCAX1 and wild type plants revealed that the tip-burn symptom by sCAX1 overexpression is not caused by hindrance of $Ca^{2+}$ uptake from soil. We constructed CRT overexpressing transgenic tomatoes, and crossed them with sCAX1 transgenic plants to investigate the effects of CRT on the symptoms of sCAX1 transgenic plants. Co-expression of sCAX1 and CRT significantly suppressed the $Ca^{2+}$ deficient symptoms of sCAX1 transgenic plants. Those results suggest the model that $Ca^{2+}$ homeostasis disturbed by the overexpression of sCAX1 may be suppressed by the co-expression of CRT.
Crown ether is one of well-known host molecules and able to selectively sequester metal cation. We employed M06-2X density functional theory with IEFPCM and SMD continuum solvation models to study selectivity of dibenzo-18-crown-6-ether (DB18C6) for alkaline earth dications, $Ba^{2+}$, $Sr^{2+}$, $Ca^{2+}$, and $Mg^{2+}$ in the gas phase and in aqueous solution. $Mg^{2+}$ showed predominantly strong binding affinity in the gas phase because of strong polarization of CO bonds by cation. In aqueous solution, binding free energy differences became smaller among these dications. However, $Mg^{2+}$ had the best binding, being incompatible with experimental observations in aqueous solution. The enthalpies of the dication exchange reaction between DB18C6 and water cluster molecules were computed as another estimation of selectivity in aqueous solution. These results also demonstrated that $Mg^{2+}$ bound to DB18C6 better than $Ba^{2+}$. We speculated that the species determining selectivity in water could be 2:1 complexes of two DB18C6s and one dication.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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