Store-operated Ca2+ entry (SOCE) represents one of the major Ca2+ entry routes in non-excitable cells. It is involved in a variety of fundamental biological processes and the maintenance of Ca2+ homeostasis. The Ca2+ release-activated Ca2+ (CRAC) channel consists of stromal interaction molecule and Orai; however, the role and action of Homer proteins as an adaptor protein to SOCE-mediated Ca2+ signaling through the activation of CRAC channels in non-excitable cells still remain unknown. In the present study, we investigated the role of Homer2 in the process of Ca2+ signaling induced by the interaction between CRACs and Homer2 proteins in non-excitable cells. The response to Ca2+ entry by thapsigargin-mediated Ca2+ store depletion remarkably decreased in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice, as compared to wild-type cells. It also showed critical differences in regulated patterns by the specific blockers of SOCE in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice. The response to Ca2+ entry by the depletion in Ca2+ store markedly increased in the cellular overexpression of Orai1 and STIM1 as compared to the overexpression of Homer2 in cells; however, this response was remarkably inhibited by the overexpression of Orai1, STIM1, and Homer2. These results suggest that Homer2 has a critical role in the regulatory action of SOCE activity and the interactions between CRAC channels.
Park, Se-Young;Kim, Yong-Hyun;Lee, Yong-Kyu;Kim, Kyong-Tai
한국생물물리학회:학술대회논문집
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한국생물물리학회 1999년도 학술발표회 진행표 및 논문초록
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pp.67-67
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1999
The effect of chlorpromazine on the store-operated Ca$\^$2+/ entry subsequently activated via the phospholipase C signaling pathway was investigated in PC12 cells. Chlorpromazine caused a rapid decline of the bradykinin-induced Ca$\^$2+/ increase to basal level without attenuating the peak level.(omitted)
Kang, Namju;Kang, Jung Yun;Park, Soonhong;Shin, Dong Min
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제22권3호
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pp.343-348
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2018
Recent human genetic studies have shown that $G{\beta}5$ is related to various clinical symptoms, such as sinus bradycardia, cognitive disability, and attention deficit hyperactivity disorder. Although the calcium signaling cascade is closely associated with a heterotrimeric G-protein, the function of $G{\beta}5$ in calcium signaling and its relevance to clinical symptoms remain unknown. In this study, we investigated the in vitro changes of store-operated calcium entry (SOCE) with exogenous expression of $G{\beta}5$. The cells expressing $G{\beta}5$ had enhanced SOCE after depletion of calcium ion inside the endoplasmic reticulum. $G{\beta}5$ also augmented Stim1- and Orai1-dependent SOCE. An ORAI1 loss-of-function mutant did not show inhibition of $G{\beta}5$-induced SOCE, and a STIM1-ERM truncation mutant showed no enhancement of SOCE. These results suggested a novel role of GNB5 and Stim1, and provided insight into the regulatory mechanism of SOCE.
$Ca^{2+}$ release from intracellular stores and influx from extracellular reservoir regulate a wide range of physiological functions including muscle contraction and rhythmic heartbeat. One of the most ubiquitous pathways involved in controlled $Ca^{2+}$ influx into cells is store-operated $Ca^{2+}$ entry (SOCE), which is activated by the reduction of $Ca^{2+}$ concentration in the lumen of endoplasmic or sarcoplasmic reticulum (ER/SR). Although SOCE is pronounced in non-excitable cells, accumulating evidences highlight its presence and important roles in skeletal muscle and heart. Recent discovery of STIM proteins as ER/SR $Ca^{2+}$ sensors and Orai proteins as $Ca^{2+}$ channel pore forming unit expedited the mechanistic understanding of this pathway. This review focuses on current advances of SOCE components, regulation and physiologic and pathophysiologic roles in muscles. The specific property and the dysfunction of this pathway in muscle diseases, and new directions for future research in this rapidly growing field are discussed.
Skeletal muscle contracts or relaxes to maintain the body position and locomotion. For the contraction and relaxation of skeletal muscle, $Ca^{2+}$ in the cytosol of skeletal muscle fibers acts as a switch to turn on and off a series of contractile proteins. The cytosolic $Ca^{2+}$ level in skeletal muscle fibers is governed mainly by movements of $Ca^{2+}$ between the cytosol and the sarcoplasmic reticulum (SR). Store-operated $Ca^{2+}$ entry (SOCE), a $Ca^{2+}$ entryway from the extracellular space to the cytosol, has gained a significant amount of attention from muscle physiologists. Orai1 and stromal interaction molecule 1 (STIM1) are the main protein identities of SOCE. This mini-review focuses on the roles of STIM proteins and SOCE in the physiological and pathophysiological functions of skeletal muscle and in their correlations with recently identified proteins, as well as historical proteins that are known to mediate skeletal muscle function.
Inositol 1,4,5-trisphosphate receptors ($InsP_3Rs$) modulate $Ca^{2+}$ release from intracellular $Ca^{2+}$ store and are extensively expressed in the membrane of endoplasmic/sarcoplasmic reticulum and Golgi. Although caffeine and 2-aminoethoxydiphenyl borate (2-APB) have been widely used to block $InsP_3Rs$, the use of these is limited due to their multiple actions. In the present study, we examined and compared the ability of caffeine and 2-APB as a blocker of $Ca^{2+}$ release from intracellular $Ca^{2+}$ stores and $Ca^{2+}$ entry through store-operated $Ca^{2+}$ (SOC) channel in the mouse pancreatic acinar cell. Caffeine did not block the $Ca^{2+}$ entry, but significantly inhibited carbamylcholine (CCh)-induced $Ca^{2+}$ release. In contrast, 2-APB did not block CCh-induced $Ca^{2+}$ release, but remarkably blocked SOC-mediated $Ca^{2+}$ entry at lower concentrations. In permeabilized acinar cell, caffeine had an inhibitory effect on InsP3-induced $Ca^{2+}$ release, but 2-APB at lower concentration, which effectively blocked $Ca^{2+}$ entry, had no inhibitory action. At higher concentrations, 2-APB has multiple paradoxical effects including inhibition of Ins$P_3$-induced $Ca^{2+}$ release and direct stimulation of $Ca^{2+}$ release. Based on the results, we concluded that caffeine is useful as an inhibitor of $InsP_3R$, and 2-APB at lower concentration is considered a blocker of $Ca^{2+}$ entry through SOC channels in the pancreatic acinar cell.
Sohyun Kim;Seong Jun Kang;Huu Son Nguyen;Seong-Woo Jeong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제28권1호
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pp.93-103
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2024
Satellite glial cells (SGCs), a major type of glial cell in the autonomic ganglia, closely envelop the cell body and even the synaptic regions of a single neuron with a very narrow gap. This structurally unique organization suggests that autonomic neurons and SGCs may communicate reciprocally. Glial Ca2+ signaling is critical for controlling neural activity. Here, for the first time we identified the machinery of store-operated Ca2+ entry (SOCE) which is critical for cellular Ca2+ homeostasis in rat sympathetic ganglia under normal and pathological states. Quantitative realtime PCR and immunostaining analyses showed that Orai1 and stromal interaction molecules 1 (STIM1) proteins are the primary components of SOCE machinery in the sympathetic ganglia. When the internal Ca2+ stores were depleted in the absence of extracellular Ca2+, the number of plasmalemmal Orai1 puncta was increased in neurons and SGCs, suggesting activation of the Ca2+ entry channels. Intracellular Ca2+ imaging revealed that SOCE was present in SGCs and neurons; however, the magnitude of SOCE was much larger in the SGCs than in the neurons. The SOCE was significantly suppressed by GSK7975A, a selective Orai1 blocker, and Pyr6, a SOCE blocker. Lipopolysaccharide (LPS) upregulated the glial fibrillary acidic protein and Toll-like receptor 4 in the sympathetic ganglia. Importantly, LPS attenuated SOCE via downregulating Orai1 and STIM1 expression. In conclusion, sympathetic SGCs functionally express the SOCE machinery, which is indispensable for intracellular Ca2+ signaling. The SOCE is highly susceptible to inflammation, which may affect sympathetic neuronal activity and thereby autonomic output.
Nilius, Bernd;Viana, Felix;Kamouchi, Masahiro;Fasolato, Cristina;Eggermont, Jan;Droogmans, Guy
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제2권2호
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pp.133-145
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1998
$Ca^{2+}-signals$ in endothelial cells are determined by release from intracellular stores and entry through the plasma membrane. In this review, the nature of $Ca^{2+}$ entry and mechanisms of its control are reviewed. The following ion channels play a pivotal role in regulation of the driving force for $Ca^{2+}$ entry: an inwardly rectifying $K^+$ channel, identified as Kir2.1, a big-conductance, $Ca^{2+}-activated$$K^+$ channel (hslo) and at least two $Cl^-$ channels (a volume regulated $Cl^-$ channel, VRAC, and a $Ca^{2+}$ activated $Cl^-$ channel, CaCC). At least two different types of $Ca^{2+}$-entry channels exist: 1. A typical CRAC-like, highly selective $Ca^{2+}$ channel is described. Current density for this $Ca^{2+}$ entry is approximately 0.1pA/pF at 0 mV and thus 10 times smaller than in Jurkat or mast cells. 2. Another entry pathway for $Ca^{2+}$ entry is a more non-selective channel, which might be regulated by intracellular $Ca^{2+}$. Although detected in endothelial cells, the functional role of trp1,3,4 as possible channel proteins is unclear. Expression of trp3 in macrovascular endothelial cells from bovine pulmonary artery induced non-selective cation channels which are probably not store operated or failed to induce any current. Several features as well as a characterisation of $Ca^{2+}$-oscillations in endothelial cells is also presented.
Kim, Moon-Young;Liang, Guo-Hua;Kim, Ji-Aee;Choi, Soo-Seung;Choi, Shin-Ku;Suh, Suk-Hyo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제13권1호
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pp.27-32
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2009
The effects of oxidized low-density lipoprotein(OxLDL) and its major lipid constituent lysophosphatidylcholine(LPC) on $Ca^{2+}$ entry were investigated in cultured human umbilical endothelial cells(HUVECs) using fura-2 fluorescence and patch-clamp methods. OxLDL or LPC increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration($[Ca^{2+}]_i$), and the increase of $[Ca^{2+}]_i$ by OxLDL or by LPC was inhibited by $La^{3+}$ or heparin. LPC failed to increase $[Ca^{2+}]_i$ in the presence of an antioxidant tempol. In addition, store-operated $Ca^{2+}$ entry(SOC), which was evoked by intracellular $Ca^{2+}$ store depletion in $Ca^{2+}$-free solution using the sarcoplasmic reticulum $Ca^{2+}$ pump blocker, 2, 5-di-t-butyl-l,4-benzohydroquinone(BHQ), was further enhanced by OxLDL or by LPC. Increased SOC by OxLDL or by LPC was inhibited by U73122. In voltage-clamped cells, OxLDL or LPC increased $[Ca^{2+}]_i$ and simultaneously activated non-selective cation(NSC) currents. LPC-induced NSC currents were inhibited by 2-APB, $La^{3+}$ or U73122, and NSC currents were not activated by LPC in the presence of tempol. Furthermore, in voltage-clamped HUVECs, OxLDL enhanced SOC and evoked outward currents simultaneously. Clamping intracellular $Ca^{2+}$ to 1 ${\mu}M$ activated large-conductance $Ca^{2+}$-activated $K^+(BK_{ca})$ current spontaneously, and this activated $BK_{ca}$ current was further enhanced by OxLDL or by LPC. From these results, we concluded that OxLDL or its main component LPC activates $Ca^{2+}$-permeable $Ca^{2+}$-activated NSC current and $BK_{ca}$ current simultaneously, thereby increasing SOC.
Under physiological conditions, calcium (Ca2+) regulates essential functions of polarized secretory cells by the stimulation of specific Ca2+ signaling mechanisms, such as increases in intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) via the store-operated Ca2+ entry (SOCE) and the receptor-operated Ca2+ entry (ROCE). Homer proteins are scaffold proteins that interact with G protein-coupled receptors, inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) receptors, Orai1-stromal interaction molecule 1, and transient receptor potential canonical (TRPC) channels. However, their role in the Ca2+ signaling in exocrine cells remains unknown. In this study, we investigated the role of Homer2 in the Ca2+ signaling and regulatory channels to mediate SOCE and ROCE in pancreatic acinar cells. Deletion of Homer2 (Homer2-/-) markedly increased the expression of TRPC3, TRPC6, and Orai1 in pancreatic acinar cells, whereas these expressions showed no difference in whole brains of wild-type and Homer2-/- mice. Furthermore, the response of Ca2+ entry by carbachol also showed significant changes to the patterns regulated by specific blockers of SOCE and ROCE in pancreatic acinar cells of Homer2-/- mice. Thus, these results suggest that Homer2 plays a critical role in the regulatory action of the [Ca2+]i via SOCE and ROCE in mouse pancreatic acinar cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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