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Die vakuoläre Protonen-ATPase, kurz V-ATPase, ist ein multimerer Enzymkomplex, der in fast jeder eukaryotischen Zelle zu finden ist und den aktiven elektrogenen Transport von Protonen über Membranen katalysiert. Die Aktivität der V-ATPase ist essentiell für eine Vielzahl physiologischer Prozesse. Ein grundlegender Mechanismus zur Regulation der V-ATPase-Aktivität ist die reversible Dissoziation des Holoenzyms in den integralen VO-Komplex, der als Protonenkanal dient, und den cytosolischen V1-Komplex, der ATP hydrolysiert und somit den Protonentransport energetisiert. Die Untereinheit C, die im dissoziierten Zustand der V-ATPase als einzige Untereinheit isoliert im Cytoplasma vorliegt, scheint bei der Bildung des aktiven Holoenzyms eine Schlüsselrolle zu übernehmen. In den Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina ist die V-ATPase an der Speichelsekretion beteiligt. In den sekretorischen Zellen wird die Bildung des V-ATPase-Holoenzyms in der apikalen Plasmamembran durch das Neurohormon Serotonin (5-HT) stimuliert. Der Effekt von 5-HT auf die V-ATPase wird intrazellulär durch die Proteinkinase A (PKA) vermittelt und hält nur für die Dauer der Stimulierung an. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels Phosphoproteinfärbungen und 2D-Elektrophorese nachgewiesen, dass infolge einer Stimulierung der Drüsenzellen mit 5-HT die Untereinheit C der V-ATPase durch die PKA reversibel phosphoryliert wird. Die Phosphorylierung geht einher mit einer Umverteilung der Untereinheit C aus dem Cytoplasma zur apikalen Plasmamembran und der Bildung des aktiven Holoenzyms. Immuncytochemische Untersuchungen zeigten, dass die katalytische Untereinheit der PKA ebenfalls umverteilt wird und in stimulierten Zellen im Bereich der apikalen Plasmamembran konzentriert vorliegt. Um herauszufinden welche Proteinphosphatase der PKA entgegenwirkt, wurden luminale pH-Messungen durchgeführt und der Effekt von spezifischen Proteinphosphatase-Inhibitoren und veresterten Komplexbildnern zweiwertiger Kationen auf die V-ATPase-Aktivität untersucht. Diese Messungen führten zu der Schlussfolgerung, dass eine Proteinphosphatase des Typs 2C an der Inaktivierung der V-ATPase beteiligt ist. Mit weiteren Phosphoproteinfärbungen konnte gezeigt werden, dass die Dephosphorylierung der Untereinheit C ebenfalls durch eine Proteinphosphatase 2C katalysiert wird und dies vermutlich die Dissoziation des VO- und V1-Komplexes begünstigt. Darüber hinaus konnte durch luminale pH-Messungen und ergänzende biochemische Untersuchungen eine Calcineurin-vermittelte Modulation des cAMP/PKA-Signalweges durch den parallel aktivierten IP3/Ca2+-Signalweg und damit einhergehend eine Beeinflussung der V-ATPase-Aktivität durch den [Ca2+]-Spiegel nachgewiesen werden.
The vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) in the apical membrane of blowfly (Calliphora vicina) salivary gland cells energizes the secretion of a KCl-rich saliva in response to the neurohormone serotonin (5-HT). We have shown previously that exposure to 5-HT induces a cAMP-mediated reversible assembly of V-0 and V-1 subcomplexes to V-ATPase holoenzymes and increases V-ATPase-driven proton transport. Here, we analyze whether the effect of cAMP on V-ATPase is mediated by protein kinase A (PKA) or exchange protein directly activated by cAMP (Epac), the cAMP target proteins that are present within the salivary glands. Immunofluorescence microscopy shows that PKA activators, but not Epac activators, induce the translocation of V1 components from the cytoplasm to the apical membrane, indicative of an assembly of V-ATPase holoenzymes. Measurements of transepithelial voltage changes and microfluorometric pH measurements at the luminal surface of cells in isolated glands demonstrate further that PKA-activating cAMP analogs increase cation transport to the gland lumen and induce a V-ATPase-dependent luminal acidification, whereas activators of Epac do not. Inhibitors of PKA block the 5-HT-induced V-1 translocation to the apical membrane and the increase in proton transport. We conclude that cAMP exerts its effects on V-ATPase via PKA.
The activity of vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) in the apical membrane of blowfly (Calliphora vicina) salivary glands is regulated by the neurohormone serotonin (5-HT). 5-HT induces, via protein kinase A, the phosphorylation of V-ATPase subunit C and the assembly of V-ATPase holoenzymes. The protein phosphatase responsible for the dephosphorylation of subunit C and V-ATPase inactivation is not as yet known. We show here that inhibitors of protein phosphatases PP1 and PP2A (tautomycin, ocadaic acid) and PP2B (cyclosporin A, FK-506) do not prevent V-ATPase deactivation and dephosphorylation of subunit C. A decrease in the intracellular Mg2+ level caused by loading secretory cells with EDTA-AM leads to the activation of proton pumping in the absence of 5-HT, prolongs the 5-HT-induced response in proton pumping, and inhibits the dephosphorylation of subunit C. Thus, the deactivation of V-ATPase is most probably mediated by a protein phosphatase that is insensitive to okadaic acid and that requires Mg2+, namely, a member of the PP2C protein family. By molecular biological techniques, we demonstrate the expression of at least two PP2C protein family members in blowfly salivary glands. © 2009 Wiley Periodicals, Inc.