ATP induzierte Membranpotenzial-Oszillationen in humanen Makrophagen

Die Doktorarbeit zeigt, dass ATP in mikromolaren Konzentrationen bei humanen Makrophagen Oszillationen des Membranpotentials und des intrazellulären Kalziums auslöst. Diese Oszillationen wirken auf die Zytokinproduktion der Makrophagen und erhöhen die Produktion von IL-6. Des weitern konnten in dieser Arbeit die Purinrezeptoren der Makrophagen identifiziert werden. Es zeigte sich, dass die für die Oszillationen verantwortlichen Rezeptoren der P2Y-Familie angehören. Die Membranpotential-Ozillationen werden von Kaliumkanälen getragen. Es konnten BK und IKCa als Träger der Hyperpolarisationen zugeordnet werden. Insgesammt deuten diese Erkenntnisse möglicherweise auf ATP als Gefahren-Signal für das angeborenen Immunsystem hin

Protonen- und Elektronenströme in humanen Monozyten

In dieser Arbeit sind Protonen- und Elektronenströme in humanen Monozyten simultan mit Hilfe der „Patch-Clamp“-Technik gemessen worden. Sie untersucht den durch die NADPHox generierten Elektronenstrom in anderen Zellen als Eosinophilen, Neutrophilen und Osteoklasten. Die Produktion von Sauerstoffradikalen durch humane Monozyten konnte schon mit anderen Methoden, als der in dieser Arbeit genutzten Fluoreszenzmessung, gezeigt werden. In Echtzeit konnte dies jedoch in der einzelnen Monozyte bis heute nicht wissenschaftlich untersucht werden. Protonenströme sind in Neuronen, Oozyten, Alveolar Typ II Zellen und Granulozyten, Makrophagen, Monozyten und Osteoklasten gezeigt worden. Die speziellen Eigenschaften der Protonenströme in Phagozyten zeigten sich auch in Monozyten. In Monozyten ändern sich, je nach Zellalter, die Elektronen- und Protonenströme. Monozyten sind die einzigen Phagozyten, die eine unbestimmt lange Lebensdauer haben. Fluorezenzmessungen an Monozyten haben die Erkenntnisse der Elektrophysiologie bestätigen können. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verstehen der elektrischen Eigenschaften der Phagozyten, ihrer Funktion und der intrazellulären Mechanisme

ATP induzierte Membranpotenzial-Oszillationen in humanen Makrophagen

Die Doktorarbeit zeigt, dass ATP in mikromolaren Konzentrationen bei humanen Makrophagen Oszillationen des Membranpotentials und des intrazellulären Kalziums auslöst. Diese Oszillationen wirken auf die Zytokinproduktion der Makrophagen und erhöhen die Produktion von IL-6. Des weitern konnten in dieser Arbeit die Purinrezeptoren der Makrophagen identifiziert werden. Es zeigte sich, dass die für die Oszillationen verantwortlichen Rezeptoren der P2Y-Familie angehören. Die Membranpotential-Ozillationen werden von Kaliumkanälen getragen. Es konnten BK und IKCa als Träger der Hyperpolarisationen zugeordnet werden. Insgesammt deuten diese Erkenntnisse möglicherweise auf ATP als Gefahren-Signal für das angeborenen Immunsystem hin

Tryptophan 207 is Crucial to the Unique Properties of the Human Voltage-gated Proton Channel, hHV1

Part of the “signature sequence” that defines the voltage-gated proton channel (HV1) is a tryptophan residue adjacent to the second Arg in the S4 transmembrane helix: RxWRxxR, which is perfectly conserved in all high confidence HV1 genes. Replacing Trp207 in human HV1 (hHV1) with Ala, Ser, or Phe facilitated gating, accelerating channel opening by 100-fold, and closing by 30-fold. Mutant channels opened at more negative voltages than wild-type (WT) channels, indicating that in WT channels, Trp favors a closed state. The Arrhenius activation energy, Ea, for channel opening decreased to 22 kcal/mol from 30–38 kcal/mol for WT, confirming that Trp207 establishes the major energy barrier between closed and open hHV1. Cation–π interaction between Trp207 and Arg211 evidently latches the channel closed. Trp207 mutants lost proton selectivity at pHo \u3e8.0. Finally, gating that depends on the transmembrane pH gradient (ΔpH-dependent gating), a universal feature of HV1 that is essential to its biological functions, was compromised. In the WT hHV1, ΔpH-dependent gating is shown to saturate above pHi or pHo 8, consistent with a single pH sensor with alternating access to internal and external solutions. However, saturation occurred independently of ΔpH, indicating the existence of distinct internal and external pH sensors. In Trp207 mutants, ΔpH-dependent gating saturated at lower pHo but not at lower pHi. That Trp207 mutation selectively alters pHo sensing further supports the existence of distinct internal and external pH sensors. Analogous mutations in HV1 from the unicellular species Karlodinium veneficum and Emiliania huxleyi produced generally similar consequences. Saturation of ΔpH-dependent gating occurred at the same pHo and pHi in HV1 of all three species, suggesting that the same or similar group(s) is involved in pH sensing. Therefore, Trp enables four characteristic properties: slow channel opening, highly temperature-dependent gating kinetics, proton selectivity, and ΔpH-dependent gating

Enhanced activation of an amino-terminally truncated isoform of the voltage-gated proton channel HVCN1 enriched in malignant B cells

The final published version can be found here: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1411390111M.C. is the recipient of a Bennett Fellowship from Leukaemia and Lymphoma Research (ref. 12002). M.A.B. is supported by a GlaxoSmithKline Oncology–Biotechnology and Biological Sciences Research Council Collaborative Awards in Science and Engineering PhD studentship. This work was supported by National Institutes of Health Grants GM087507 and GM102336 (to T.E.D.)

Protonen- und Elektronenströme in humanen Monozyten

In dieser Arbeit sind Protonen- und Elektronenströme in humanen Monozyten simultan mit Hilfe der „Patch-Clamp“-Technik gemessen worden. Sie untersucht den durch die NADPHox generierten Elektronenstrom in anderen Zellen als Eosinophilen, Neutrophilen und Osteoklasten. Die Produktion von Sauerstoffradikalen durch humane Monozyten konnte schon mit anderen Methoden, als der in dieser Arbeit genutzten Fluoreszenzmessung, gezeigt werden. In Echtzeit konnte dies jedoch in der einzelnen Monozyte bis heute nicht wissenschaftlich untersucht werden. Protonenströme sind in Neuronen, Oozyten, Alveolar Typ II Zellen und Granulozyten, Makrophagen, Monozyten und Osteoklasten gezeigt worden. Die speziellen Eigenschaften der Protonenströme in Phagozyten zeigten sich auch in Monozyten. In Monozyten ändern sich, je nach Zellalter, die Elektronen- und Protonenströme. Monozyten sind die einzigen Phagozyten, die eine unbestimmt lange Lebensdauer haben. Fluorezenzmessungen an Monozyten haben die Erkenntnisse der Elektrophysiologie bestätigen können. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verstehen der elektrischen Eigenschaften der Phagozyten, ihrer Funktion und der intrazellulären Mechanisme

Selectivity Mechanism of the Voltage-gated Proton Channel, HV1

Abstract• Introduction• Results• Discussion• Methods• Additional Information• References• Acknowledgements• Author information• Supplementary information Voltage-gated proton channels, HV1, trigger bioluminescence in dinoflagellates, enable calcification in coccolithophores, and play multifarious roles in human health. Because the proton concentration is minuscule, exquisite selectivity for protons over other ions is critical to HV1 function. The selectivity of the open HV1 channel requires an aspartate near an arginine in the selectivity filter (SF), a narrow region that dictates proton selectivity, but the mechanism of proton selectivity is unknown. Here we use a reduced quantum model to elucidate how the Asp–Arg SF selects protons but excludes other ions. Attached to a ring scaffold, the Asp and Arg side chains formed bidentate hydrogen bonds that occlude the pore. Introducing H3O+ protonated the SF, breaking the Asp–Arg linkage and opening the conduction pathway, whereas Na+ or Cl– was trapped by the SF residue of opposite charge, leaving the linkage intact, thus preventing permeation. An Asp–Lys SF behaved like the Asp–Arg one and was experimentally verified to be proton-selective, as predicted. Hence, interacting acidic and basic residues form favorable AspH0–H2O0–Arg+ interactions with hydronium but unfavorable Asp––X–/X+–Arg+ interactions with anions/cations. This proposed mechanism may apply to other proton-selective molecules engaged in bioenergetics, homeostasis, and signaling