Zn2+-Ionen hemmen die Genexpression nach Stimulation der Ca2+-Kanäle Cav1.2 und TRPM3

Abstract

Zink ist ein wichtiges Spurenelement und wichtig für die Funktion vieler Proteine. Es wird deshalb über spezielle Zn2+ Transporter oder Ca2+-Kanäle in die Zelle aufgenommen. In dieser Arbeit wurde die Signaltransduktion zweier Ca2+-Kanäle untersucht, des spannungsgesteuerten L-Typ Ca2+-Kanal Cav1.2 und des „transient receptor potential“ (TRP)-Kanal TRPM3. Die Stimulation des Cav1.2-Kanals und auch die Stimulation des TRPM3-Kanals induziert eine intrazelluläre Signalkaskade, welche die Aktivierung des Transkriptionsfaktors AP-1 bewirkt. Für den TRPM3-Kanal war bereits gezeigt worden, dass ein Einstrom von Ca2+-Ionen notwendig ist, um die Gentranskription zu aktivieren. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Stimulation des Cav1.2-Kanals einen Einstrom von Ca2+-Ionen in das Zytoplasma induzieren muss, um AP-1 zu aktivieren. Um den Einfluss von Zn2+-Ionen auf die intrazelluläre Signaltransduktion der Ca2+-Kanäle Cav1.2 und TRPM3 untersuchen zu können, wurden verschiedene Zn2+-Ionenkonzentrationen auf ihre zelluläre Toxizität getestet, um die folgenden Experimente mit nicht-toxischen Konzentrationen durchführen zu können. Danach wurde untersucht, ob extrazelluläre Zn2+-Ionen die nach Stimulation der Kanäle Cav1.2 und TRPM3- induzierte Gentranskription beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass extrazelluläre Zn2+-Ionen die Aktivierung von AP-1 durch die Stimulation der spannungsabhängigen Cav1.2-Kanäle und TRPM3-Kanäle signifikant reduzierten. Experimente mit Ca2+-freiem Medium zeigten, dass Zn2+-Ionen Ca2+-Ionen bezüglich der Induktion der Gentranskription über Cav1.2-Kanäle und TRPM3-Kanäle nicht ersetzen konnten. Hinzugabe von Ca2+-Ionen zum Medium führte jedoch dazu, dass die Stimulation dieser Ca2+-Kanäle eine Signalkaskade mit der Aktivierung von AP-1 auslöste. Erregbare Zellen wie Neuronen und pankreatische β-Zellen setzen Zn2+-Ionen bei der Exozytose frei. Ich postuliere, dass Zn2+-Ionen als negatives Feedback auf die Stimulus-induzierte Exozytose wirken, indem sie die Signaltransduktion durch Ca2+-Kanäle und Ca2+-Ionen inhibieren.

Summary Zinc is a necessary trace element for many proteins. Therefore, Zn2+ has to be taken up by the cells, using specific Zn2+ transporters or Ca2+ channels. In this study I have focused on two Ca2+ channels, the L-type voltage-gated Cav1.2 channel and the transient receptor potential channel TRPM3. Both channels induce an intracellular signaling cascade leading to the activation of the transcription factor AP-1. Stimulation of TRPM3 channels has already been shown to require an influx of Ca2+ ions into the cytoplasm to activate gene transcription. Here, I showed that the stimulation of voltage-gated Ca2+ channels required an influx of Ca2+ ions into the cytoplasm as well, in order to change the genetic program of the cells. To investigate the effect of Zn2+ ions on intracellular signaling and gene transcription following activation of either Cav1.2 or TRPM3 Ca2+ channels, the toxicity of Zn2+ ions was determined in dose-response experiments, in order to work with non-toxic concentrations of Zn2+. The objective of this study was to elucidate whether extracellular Zn2+ ions affect Cav1.2 and TRPM3-induced gene transcription following stimulation of the channels. The results show that extracellular Zn2+ ions significantly reduced the activation of AP-1 following stimulation of either voltage-gated Cav1.2 channels or TRPM3 channels. Experiments performed with cells maintained in Ca2+-free medium revealed that Zn2+ ions could not replace Ca2+ ions in inducing gene transcription via stimulation of Cav1.2 and TRPM3 channels. Re-addition of Ca2+ ions to the cell culture medium, however, restored the ability of these Ca2+ channels to induce a signaling cascade leading to the activation of AP-1. Secretory cells, including neurons and pancreatic β-cells release Zn2+ ions during exocytosis. I am proposing that the released Zn2+ ions function as a negative feedback loop for stimulus-induced exocytosis by inhibiting Ca2+ channel signaling.