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Reversible assembly of the V0V1 holoenzyme from V-0 and V-1 subcomplexes is a widely used mechanism for regulation of vacuolar-type H+-ATPases (V-ATPases) in animal cells. in the blowfly (Calliphora vicina) salivary gland, V- ATPase is located in the apical membrane of the secretory cells and energizes the secretion of a KCl-rich saliva in response to the hormone serotonin. We have examined whether the CAMP pathway, known to be activated by serotonin, controls V-ATPase assembly and activity. Fluorescence measurements of pH changes at the luminal surface of isolated glands demonstrate that CAMP, Sp-adenosine-3',5'-cyclic monophosphorothioate, or forskolin, similar to serotonin, cause V-ATPase-dependent luminal acidification. In addition, V-ATPase-dependent ATP hydrolysis increases upon treatment with these agents. Immunofluorescence microscopy and pelleting assays have demonstrated further that V, components become translocated from the cytoplasm to the apical membrane and V-ATPase holoenzymes are assembled at the apical membrane during conditions that increase intracellular cAMP. Because these actions occur without a change in cytosolic Ca2+, our findings suggest that the cAMP pathway mediates the reversible assembly and activation of V-ATPase molecules at the apical membrane upon hormonal stimulus
Die Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina produzieren bei Stimulierung mit dem Neurohormon Serotonin (5-Hydroxytryptamine, 5-HT) einen KCl-reichen Primärspeichel. Der transepitheliale K+-Transport wird durch eine apikal lokalisierte vakuoläre H+-ATPase (V-ATPase) energetisiert. Stimulierung der Speicheldrüsen mit 5-HT aktiviert die apikale V-ATPase, die Protonen aus der Zelle in das Drüsenlumen transportiert. Trotz des auswärts gerichteten Protonentransportes führt die 5-HT-Stimulierung kurioserweise zu einer intrazellulären Ansäuerung. Die Ursachen dieser 5-HT-induzierten Ansäuerung waren unzureichend untersucht. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit die Identifikation aller Transporter, die an der intrazellulären pH-(pHi)-Regulation in unstimulierten Speicheldrüsen von Calliphora vicina beteiligt sind und an der Entstehung und Regulation der 5-HT-induzierten pHi-Änderungen mitwirken. Von besonderem Interesse war hierbei die funktionelle Mitwirkung der V-ATPase, deren Beteiligung an der pHi-Regulation in tierischen Zellen bisher wenig untersucht war. Wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit waren: • Messungen des pHi-Wertes in der unstimulierten Drüse zeigten, dass vor allem die V-ATPase und mindestens ein Na+-abhängiger HCO3--Transporter an der Aufrechterhaltung des Ruhe-pHi beteiligt sind. • Zur Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Ansäuerung (NH4Cl-Vorpuls) tragen ebenfalls im Wesentlichen die V-ATPase und mindestens ein Na+-abhängiger HCO3--Transporter bei. Der Na+/H+-Antiporter hat in der unstimulierten Drüse keinen messbaren Einfluss auf den Ruhe-pHi. • Die Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Alkalisierung (Na-acetat-Vorpuls) ist Cl--abhängig, aber auch unter extremen Bedingungen waren die Zellen noch in der Lage sich vollständig von einer intrazellullären Alkalisierung zu erholen. Einen entscheidenden Anteil daran hat offenbar die hohe intrazelluläre Pufferkapazität. • Ein Na+-abhängiger Glutamat-Transporter ist per se kein pHi-regulierender Transporter, seine Aktivität hat jedoch Einfluss auf den Ruhe-pHi in der unstimulierten Speicheldrüse von Calliphora vicina. • 10 nM 5-HT induzieren in den Calliphora Speicheldrüsen eine intrazelluläre Ansäuerung. An dieser Ansäuerung ist der Na+/H+-Antiporter entscheidend beteiligt. Auch eine klare Cl--Abhängigkeit der 5-HT-induzierten Ansäuerung konnte beobachtet werden. Wahrscheinlich ist eine gekoppelte Aktivität von Na+/H+-Antiporter und Cl-/HCO3--Antiporter. • Messungen mit einem O2-empfindlichen Fluoreszenzfarbstoff zeigten, dass Stimulierung der Speicheldrüsen mit 5-HT die Zellatmung aktivierte. Der cAMP- und der IP3/Ca2+-Weg tragen auf komplexe Weise zu der 5-HT-induzierten Aktivierung der Zellatmung und damit auch zu den 5-HT-induzierten pHi-Änderungen bei. • Mit molekularbiologischen Untersuchungen ist es gelungen den Na+-abhängigen Glutamat-Transporter, den Na+/H+-Antiporter, die Carboanhydrase und die Untereinheit C der V-ATPase in den Calliphora Speicheldrüsen direkt nachzuweisen. Zudem konnte erstmals der direkte Nachweis für die Expression eines nH+/K+-Antiporters in den Speicheldrüsen von Calliphora vicina erbracht werden. Diese Arbeit trug ganz wesentlich zum Verständnis der pHi-Regulation in der unstimulierten und stimulierten Speicheldrüse von Calliphora vicina bei. Mechanismen die zur Aufrechterhaltung und Wiederherstellung des Ruhe-pHi nach einer intrazellulären Ansäuerung bzw. Alkalisierung beitragen, konnten mit pHi-Messungen und auch molekularbiologisch nachgewiesen werden. Die Mechanismen, welche die 5-HT-induzierte intrazelluläre Ansäuerung verursachen, konnten ebenfalls aufgeklärt werden. Zudem wurde an den Calliphora Speicheldrüsen eine neue optische Methode zur Messung des O2-Verbrauchs in tierischen Geweben etabliert.
Salivary gland cells of the blowfly Calliphora vicina have a vacuolar-type H+-ATPase (V-ATPase) that lies in their apical membrane and energizes the secretion of a KCl-rich primary saliva upon stimulation with serotonin (5-hydroxytryptamine). Whether and to what extent V-ATPase contributes to intracellular pH (pH(i)) regulation in unstimulated gland cells is unknown. We used the fluorescent dye BCECF to study intracellular pH(i) regulation microfluorometrically and show that: (1) under resting conditions, the application of Na+-free physiological saline induces an intracellular alkalinization attributable to the inhibition of the activity of a Na+-dependent glutamate transporter; (2) the maintenance of resting pHi is Na+, Cl-, concanamycin A and DIDS sensitive; (3) recovery from an intracellular acid load is Na+ sensitive and requires V-ATPase activity; (4) the Na+/H+ antiporter is not involved in pHi recovery after a NH4Cl prepulse; and (5) at least one Na+-dependent transporter and the V-ATPase maintain recovery from an intracellular acid load. Thus, under resting conditions, the V-ATPase and at least one Na+-dependent transporter maintain normal pH(i) values of pH.7.5. We have also detected the presence of a Na+-dependent glutamate transporter, which seems to act as an acid loader. Despite this not being a common pH(i)-regulating transporter, its activity affects steady-state pH(i) in C. vicina salivary gland cells.
Non-alcoholic fatty liver disease is a growing problem in industrialized and developing countries. Hepatic lipid accumulation is the result of an imbalance between fatty acid uptake, fatty acid de novo synthesis, beta-oxidation and secretion of triglyceride-rich lipoproteins from the hepatocyte. A central regulator of hepatic lipid metabolism is cytosolic citrate that can either be derived from the mitochondrium or be taken up from the blood via the plasma membrane sodium citrate transporter NaCT, the product of the mammalian INDY gene (SLC13A5). mINDY ablation protects against diet-induced steatosis whereas mINDY expression is increased in patients with hepatic steatosis. Diet-induced hepatic steatosis is also enhanced by activation of the arylhyrocarbon receptor (AhR) both in humans and animal models. Therefore, the hypothesis was tested whether the mINDY gene might be a target of the AhR. In accordance with such a hypothesis, the AhR activator benzo[a]pyrene induced the mINDY expression in primary cultures of rat hepatocytes in an AhR-dependent manner. This induction resulted in an increased citrate uptake and citrate incorporation into lipids which probably was further enhanced by the benzo[a]pyrene-dependent induction of key enzymes of fatty acid synthesis. A potential AhR binding site was identified in the mINDY promoter that appears to be conserved in the human promoter. Elimination or mutation of this site largely abolished the activation of the mINDY promoter by benzo[a]pyrene. This study thus identified the mINDY as an AhR target gene. AhR-dependent induction of the mINDY gene might contribute to the development of hepatic steatosis. (C) 2015 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.