Organisation de la réponse calcique intracellulaire dépendante du récepteur à l'inositol 1,4,5-trisphosphate dans les cellules endothéliales

L'endothélium constitue un véritable organe qui sécrète de nombreuses substances vasoactives régissant des fonctions cardiovasculaires vitales telles que le tonus et la croissance vasculaires. Ce tissu requiert la polyvalence de la signalisation calcique puisque plusieurs de ses fonctions dépendent de la modulation de la concentration intracellulaire de Ca[indice supérieur 2+].L'un des moyens utilisés par les cellules endothéliales pour assurer une réponse calcique efficace et spécifique est la propagation des signaux sous forme de vagues. Dans ce travail, nous avons décortiqué les mécanismes de mobilisation du Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire menant à la propagation de vagues de Ca[indice supérieur 2+]. Nous avons recueilli des données qui aideront à mieux comprendre à la fois l'organisation et la propagation de vagues de Ca[indice supérieur 2+] dans les cellules endothéliales d'aorte de boeuf (BAEC). Nous montrons par vidéomicroscopie, que la stimulation des BAEC avec l'ATP ou avec la bradykinine (BIC) induit une réponse calcique oscillatoire finement régulée dans le temps et dans l'espace. En fait, le Ca[indice supérieur 2+] se propage d'une extrémité à l'autre de la cellule sous la forme d'une vague qui se produit en présence ou en absence de Ca[indice supérieur 2+] extracellulaire. Bien que les vagues de Ca[indice supérieur 2+] soient initiées à un endroit très précis près de la membrane plasmique, les cavéoles ne sont pas essentielles à leur propagation dans les BAEC, contrairement à ce qui a été observé dans certains autres types cellulaires. Toutefois, la dépolymérisation des microfilaments avec la latrunculine B et des microtubules avec la colchicine empêche la propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+]. Dans ces conditions, les BAEC présentent plutôt une augmentation calcique uniforme dans toute la cellule. Ces résultats suggèrent que, dans les BAEC, les cavéoles ne sont pas impliquées dans l'organisation de la réponse calcique sous forme de vague, mais que l'organisation du cytosquelette est essentielle. Nous montrons aussi que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] est constante d'un bout à l'autre d'une BAEC, ce qui est incompatible avec un mécanisme impliquant uniquement la diffusion de l'IP[indice inférieur 3] ou du Ca[indice supérieur 2+]. Nous montrons également que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] dépend de l'intensité de la stimulation et aussi de l'état fonctionnel de l'IP[indice inférieur 3]R qui peut être modulé par des kinases endogènes comme la PKA, la PKC et mTOR. Enfin, nous montrons que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] n'est pas directement reliée à l'amplitude de la relâche de Ca[indice supérieur 2+]. La vitesse de propagation des vagues de Ca[indice supérieur 2+] est un paramètre relativement nouveau dans le domaine de la signalisation calcique intracellulaire. Il reste à définir jusqu'à quel point ce paramètre peut être utile dans l'interprétation des différentes activités cellulaires

Organisation de la réponse calcique intracellulaire dépendante du récepteur à l'inositol 1,4,5-trisphosphate dans les cellules endothéliales

L'endothélium constitue un véritable organe qui sécrète de nombreuses substances vasoactives régissant des fonctions cardiovasculaires vitales telles que le tonus et la croissance vasculaires. Ce tissu requiert la polyvalence de la signalisation calcique puisque plusieurs de ses fonctions dépendent de la modulation de la concentration intracellulaire de Ca[indice supérieur 2+].L'un des moyens utilisés par les cellules endothéliales pour assurer une réponse calcique efficace et spécifique est la propagation des signaux sous forme de vagues. Dans ce travail, nous avons décortiqué les mécanismes de mobilisation du Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire menant à la propagation de vagues de Ca[indice supérieur 2+]. Nous avons recueilli des données qui aideront à mieux comprendre à la fois l'organisation et la propagation de vagues de Ca[indice supérieur 2+] dans les cellules endothéliales d'aorte de boeuf (BAEC). Nous montrons par vidéomicroscopie, que la stimulation des BAEC avec l'ATP ou avec la bradykinine (BIC) induit une réponse calcique oscillatoire finement régulée dans le temps et dans l'espace. En fait, le Ca[indice supérieur 2+] se propage d'une extrémité à l'autre de la cellule sous la forme d'une vague qui se produit en présence ou en absence de Ca[indice supérieur 2+] extracellulaire. Bien que les vagues de Ca[indice supérieur 2+] soient initiées à un endroit très précis près de la membrane plasmique, les cavéoles ne sont pas essentielles à leur propagation dans les BAEC, contrairement à ce qui a été observé dans certains autres types cellulaires. Toutefois, la dépolymérisation des microfilaments avec la latrunculine B et des microtubules avec la colchicine empêche la propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+]. Dans ces conditions, les BAEC présentent plutôt une augmentation calcique uniforme dans toute la cellule. Ces résultats suggèrent que, dans les BAEC, les cavéoles ne sont pas impliquées dans l'organisation de la réponse calcique sous forme de vague, mais que l'organisation du cytosquelette est essentielle. Nous montrons aussi que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] est constante d'un bout à l'autre d'une BAEC, ce qui est incompatible avec un mécanisme impliquant uniquement la diffusion de l'IP[indice inférieur 3] ou du Ca[indice supérieur 2+]. Nous montrons également que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] dépend de l'intensité de la stimulation et aussi de l'état fonctionnel de l'IP[indice inférieur 3]R qui peut être modulé par des kinases endogènes comme la PKA, la PKC et mTOR. Enfin, nous montrons que la vitesse de propagation de la vague de Ca[indice supérieur 2+] n'est pas directement reliée à l'amplitude de la relâche de Ca[indice supérieur 2+]. La vitesse de propagation des vagues de Ca[indice supérieur 2+] est un paramètre relativement nouveau dans le domaine de la signalisation calcique intracellulaire. Il reste à définir jusqu'à quel point ce paramètre peut être utile dans l'interprétation des différentes activités cellulaires

STIM1 positively regulates the Ca2+ release activity of the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor in bovine aortic endothelial cells.

The endothelium is actively involved in many functions of the cardiovascular system, such as the modulation of arterial pressure and the maintenance of blood flow. These functions require a great versatility of the intracellular Ca2+ signaling that resides in the fact that different signals can be encoded by varying the frequency and the amplitude of the Ca2+ response. Cells use both extracellular and intracellular Ca2+ pools to modulate the intracellular Ca2+ concentration. In non-excitable cells, the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor (IP3R), located on the endoplasmic reticulum (ER), is responsible for the release of Ca2+ from the intracellular store. The proteins STIM1 and STIM2 are also located on the ER and they are involved in the activation of a store-operated Ca2+ entry (SOCE). Due to their Ca2+ sensor property and their close proximity with IP3Rs on the ER, STIMs could modulate the activity of IP3R. In this study, we showed that STIM1 and STIM2 are expressed in bovine aortic endothelial cells and they both interact with IP3R. While STIM2 appears to play a minor role, STIM1 plays an important role in the regulation of agonist-induced Ca2+ mobilization in BAECs by a positive effect on both the SOCE and the IP3R-dependent Ca2+ release

Primers set used for the quantitative PCR analysis.

<p>Primers set used for the quantitative PCR analysis.</p

STIM1 and STIM2 interact with IP₃R-1.

<p>A) BAECs were solubilized in 1% Triton X-100 and the lysate was fractionated into samples that were immunoprecipitated with isoform-specific anti-STIM antibodies or, as control conditions, with IgG antibodies (IgG) or exclusively with protein-A/G agarose beads (A/G). The resulting immune complexes were separated by SDS-PAGE, transferred to PVDF membranes, and immunoblotted with an isoform-specific anti-IP₃R-1 antibody as indicated on the left side of the blot. B) BAECs lysate was immunoprecipitated with anti-IP₃R-1 antibody and the blot was revealed with an anti-STIM1 or anti-STIM2 antibodies as indicated. These results are representative of at least three independent experiments performed with different cells preparations.</p

STIM1 and IP₃R-1 are widely distributed throughout the endoplasmic reticulum in BAECs.

<p>A) BAECs were grown on cover glasses, fixed with methanol and incubated with mouse anti-STIM1 and rabbit anti-IP₃R-1 antibodies. Fluorescent staining was obtained with AlexaFluor 594-conjugated (STIM1, left panel) and AlexaFluor 488-conjugated (IP₃R-1, center panel) secondary antibodies. The right panel represents the overlay of these images. The results are representative of three independent experiments performed on different cells preparations.</p

The knockdown of STIM1 dampens the IP₃R-dependent agonist-induced intracellular Ca²⁺ release in BAECs.

<p>BAECs were loaded with fura-2/AM and imaged using an Olympus IX71 microscope (40× oil immersion objective) coupled to a MetaFluor imaging system for the recording of intracellular Ca²⁺ concentration. (A and B) Average traces from cells (>75 cells/condition) transfected with siCtrl (black line), siSTIM1 (dashed line) or siSTIM2 (gray line) stimulated with 100 nM ATP (A) or 5 nM BK (B), in a nominally free Ca²⁺ medium. (C and D) Average Ca²⁺ releases (mean ± SD of results obtained from 4–6 independent experiments) induced by increasing concentrations of ATP (C) or BK (D). (E and F) Same data as in C and D expressed as the percentage of the maximal response under each condition. * indicates that the results are significantly different from those obtained with cells transfected with siCtrl.</p

STIM1 participates in the contractile rhythmicity of HL-1 cells by moderating T-type Ca2+ channel activity

AbstractSTIM1 plays a crucial role in Ca2+ homeostasis, particularly in replenishing the intracellular Ca2+ store following its depletion. In cardiomyocytes, the Ca2+ content of the sarcoplasmic reticulum must be tightly controlled to sustain contractile activity. The presence of STIM1 in cardiomyocytes suggests that it may play a role in regulating the contraction of cardiomyocytes. The aim of the present study was to determine how STIM1 participates in the regulation of cardiac contractility. Atomic force microscopy revealed that knocking down STIM1 disrupts the contractility of cardiomyocyte-derived HL-1 cells. Ca2+ imaging also revealed that knocking down STIM1 causes irregular spontaneous Ca2+ oscillations in HL-1 cells. Action potential recordings further showed that knocking down STIM1 induces early and delayed afterdepolarizations. Knocking down STIM1 increased the peak amplitude and current density of T-type voltage-dependent Ca2+ channels (T-VDCC) and shifted the activation curve toward more negative membrane potentials in HL-1 cells. Biotinylation assays revealed that knocking down STIM1 increased T-VDCC surface expression and co-immunoprecipitation assays suggested that STIM1 directly regulates T-VDCC activity. Thus, STIM1 is a negative regulator of T-VDCC activity and maintains a constant cardiac rhythm by preventing a Ca2+ overload that elicits arrhythmogenic events