Plasma membrane calcium ATPase activity is regulated by actin oligomers through direct interaction

As recently described by our group, plasma membrane calcium ATPase (PMCA) activity can be regulated by the actin cytoskeleton. In this study, we characterize the interaction of purified G-actin with isolated PMCA and examine the effect of G-actin during the first polymerization steps. As measured by surface plasmon resonance, G-actin directly interacts with PMCA with an apparent 1:1 stoichiometry in the presence of Ca2+ with an apparent affinity in the micromolar range. As assessed by the photoactivatable probe 1-O-hexadecanoyl-2-O-[9-[[[2-[125I]iodo-4-(trifluoromethyl-3H-diazirin-3-yl)benzyl]oxy]carbonyl]nonanoyl]-sn-glycero-3-phosphocholine, the association of PMCA to actin produced a shift in the distribution of the conformers of the pump toward a calmodulin-activated conformation. G-actin stimulates Ca2+-ATPase activity of the enzyme when incubated under polymerizing conditions, displaying a cooperative behavior. The increase in the Ca2+-ATPase activity was related to an increase in the apparent affinity for Ca2+ and an increase in the phosphoenzyme levels at steady state. Although surface plasmon resonance experiments revealed only one binding site for G-actin, results clearly indicate that more than one molecule of G-actin was needed for a regulatory effect on the pump. Polymerization studies showed that the experimental conditions are compatible with the presence of actin in the first stages of assembly. Altogether, these observations suggest that the stimulatory effect is exerted by short oligomers of actin. The functional interaction between actin oligomers and PMCA represents a novel regulatory pathway by which the cortical actin cytoskeleton participates in the regulation of cytosolic Ca2+ homeostasis.Fil: Dalghi, Marianela Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Fernández, Marisa Mariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Estudios de la Inmunidad Humoral Prof. Ricardo A. Margni; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Malchiodi, Emilio Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Strehler, Emanuel E.. Mayo Clinic College of Medicine; Estados UnidosFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Determination of the dissociation constants for Ca2+ and calmodulin from the plasma membrane Ca2+ pump by a lipid probe that senses membrane domain changes

The purpose of this work was to obtain information about conformational changes of the plasma membrane Ca2+-pump (PMCA) in the membrane region upon interaction with Ca2+, calmodulin (CaM) and acidic phospholipids. To this end, we have quantified labeling of PMCA with the photoactivatable phosphatidylcholine analog [125I]TID-PC/16, measuring the shift of conformation E2 to the auto-inhibited conformation E1I and to the activated E1A state, titrating the effect of Ca2+ under different conditions. Using a similar approach, we also determined the CaM-PMCA dissociation constant. The results indicate that the PMCA possesses a high affinity site for Ca2+ regardless of the presence or absence of activators. Modulation of pump activity is exerted through the C-terminal domain, which induces an apparent auto-inhibited conformation for Ca2+ transport but does not modify the affinity for Ca2+ at the transmembrane domain. The C-terminal domain is affected by CaM and CaM-like treatments driving the auto-inhibited conformation E1I to the activated E1A conformation and thus modulating the transport of Ca2+. This is reflected in the different apparent constants for Ca2+ in the absence of CaM (calculated by Ca2+-ATPase activity) that sharply contrast with the lack of variation of the affinity for the Ca2+ site at equilibrium. This is the first time that equilibrium constants for the dissociation of Ca2+ and CaM ligands from PMCA complexes are measured through the change of transmembrane conformations of the pump. The data further suggest that the transmembrane domain of the PMCA undergoes major rearrangements resulting in altered lipid accessibility upon Ca2+ binding and activation.Fil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Pignataro, María Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Strehler, Emanuel E.. Mayo Clinic College of Medicine; Estados UnidosFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Aluminum inhibits the plasma membrane and sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPases by different mechanisms

Aluminum (Al 3+ ) is involved in the pathophysiology of neurodegenerative disorders. The mechanisms that have been proposed to explain the action of Al 3+ toxicity are linked to changes in the cellular calcium homeostasis, placing the transporting calcium pumps as potential targets. The aim of this work was to study the molecular inhibitory mechanism of Al 3+ on Ca 2+ -ATPases such as the plasma membrane and the sarcoplasmic reticulum calcium pumps (PMCA and SERCA, respectively). These P-ATPases transport Ca 2+ actively from the cytoplasm towards the extracellular medium and to the sarcoplasmic reticulum, respectively. For this purpose, we performed enzymatic measurements of the effect of Al 3+ on purified preparations of PMCA and SERCA. Our results show that Al 3+ is an irreversible inhibitor of PMCA and a slowly-reversible inhibitor of SERCA. The binding of Al 3+ is affected by Ca 2+ in SERCA, though not in PMCA. Al 3+ prevents the phosphorylation of SERCA and, conversely, the dephosphorylation of PMCA. The dephosphorylation time courses of the complex formed by PMCA and Al 3+ (EPAl) in the presence of ADP or ATP show that EPAl is composed mainly by the conformer E 2 P. This work shows for the first time a distinct mechanism of Al 3+ inhibition that involves different intermediates of the reaction cycle of these two Ca 2+ -ATPases.Fil: de Sautu, Marilina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Saffioti, Nicolas Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Rolando Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Regulation of plasma membrane calcium ATPase (PMCA) by actin cytoskeleton

The Plasma Membrane Calcium ATPase (PMCA) is a calmodulin-modulated P-type ATPaseresponsible for the maintenance of low intracellular concentrations of Ca2+ in mosteukaryotic cells. Our group have previously shown that purified actin can exert a dualmodulation on the activity of Ca2+-ATPase 4b isoform (hPMCA4b): F-actin inhibits it whileshort actin oligomers may contribute to its activation. These studies had to be performedwith purified proteins given the nature of the biophysical and biochemical approachesused.On the other hand, in HEK293 human cells that overexpressed PMCA2w/b isoform, theactin depolymerization upon Cytochalasin D (CytD) treatment significantly increasedPMCA2-mediated Ca2+ extrusion and when F-actin was stabilized using jasplakinolide,PMCA2w/b activity was completely abolished.In order to assess whether the functional interaction between the hPMCA4 isoform and theactin cytoskeleton may be of physiological relevance, we decided to further characterize itin the context of a living cell by monitoring in real-time the changes in the actinpolymerization and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]cyt). For this, hPMCA4 isoform wastransiently expressed in HEK293T cells. The dynamics of [Ca2+]cyt was performed usingthe fluorescent probe Fluo-4 and studying the alterations in [Ca2+]cyt generated by Ca2+release from the endoplasmic reticulum, and by extracellular Ca2+ entry through store-operated Ca2+ channels. The dynamics of actin polymerization was performed transientlyexpressing LifeAct-Ruby.Results show that the alteration of actin polymerization by CytD treatment significantlyincreased hPMCA4 activity (102%). On the other hand, in absent of CytD, actinpolymerization dynamics did not change after TG stimulus, while after Ca2+ stimulus, anactin reorganization was observed. This reorganization takes place at the same times thatthe hPMCA4 increases its activity, suggesting that hPMCA4 may be activated by actindepolymerization in the cells.Fil: Vigil, Maximiliano Angel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Picco, María Elisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Inmunología, Genética y Metabolismo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Inmunología, Genética y Metabolismo; ArgentinaFil: Rinaldi, Debora Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Rolando Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rey, Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Inmunología, Genética y Metabolismo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Inmunología, Genética y Metabolismo; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaXLIX Reunión Anual de la Sociedad Argentina de BiofísicaArgentinaSociedad Argentina de Biofísic

Natural flavonoids inhibit the plasma membrane Ca 2+ -ATPase

Research on flavonoids from plant sources has recently sparked increasing interest because of their beneficial health properties. Different studies have shown that flavonoids change the intracellular Ca 2+ homeostasis linked to alterations in the function of mitochondria, Ca 2+ channels and Ca 2+ pumps. These findings hint at plasma membrane Ca 2+ -ATPase (PMCA) involvement, as it transports Ca 2+ actively to the extracellular medium coupled to ATP hydrolysis, thus maintaining ion cellular homeostasis. The present study aims to investigate the effect of several natural flavonoids on PMCA both in isolated protein systems and in living cells, and to establish the relationship between flavonoid structure and inhibitory activity on PMCA. Our results show that natural flavonoids inhibited purified and membranous PMCA with different effectiveness: quercetin and gossypin were the most potent and their inhibition mechanisms seem to be different, as quercetin does not prevent ATP binding whereas gossypin does. Moreover, PMCA activity was inhibited in human embryonic kidney cells which transiently overexpress PMCA, suggesting that the effects observed on isolated systems could occur in a complex structure like a living cell. In conclusion, this work reveals a novel molecular mechanism through which flavonoids inhibit PMCA, which leads to Ca 2+ homeostasis and signaling alterations in the cell.Fil: Ontiveros, Mallku Qhapaj. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rinaldi, Debora Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Marder, Nora Mariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Espelt, Maria Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Vigil, Maximiliano Angel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Regulación de la Calcio ATPasa de membrana plasmática por el citoesqueleto de actina

Las asociaciones entre los componentes de la membrana plasmática y el citoesqueleto cortical son consideradas ya no sólo de naturaleza estructural y mecánica sino que hoy en día son reconocidas como interacciones dinámicas que modulan una plétora de respuestas celulares. Los filamentos de actina se reorganizan ante la aparición de diversos estímulos, entre los que se destaca el aumento de Ca2+ citosólico, que participa en la motilidad celular y la adherencia, la fagocitosis, la citoquinesis y la secreción. La dinámica de la actina participa en la regulación del transporte iónico a través de las membranas donde no sólo juega un papel clave en la entrega y la estabilización de los canales y transportadores de la membrana plasmática, sino también en la regulación de su actividad. Hemos descrito recientemente la interacción funcional entre la actina y la membrana plasmática Ca2+-ATPasa (PMCA), lo que representa un nuevo mecanismo regulador de la bomba al tiempo que presenta un nuevo camino por el que participa el citoesqueleto de actina cortical en la regulación de la homeostasis del Ca2+ citosólico. En este trabajo de revisión, resumimos el conocimiento actual de la interacción entre el citoesqueleto cortical y la PMCA y discutimos los mecanismos posibles que explican la modulación de la bomba de calcio.Associations between the cortical cytoskeleton and the components of the plasma membrane are no longer considered to be merely of structural and mechanical nature but are nowadays recognized as dynamic interactions that modulate a plethora of cellular responses. Reorganization of actin filaments upon diverse stimuli –among which is the rise in cytosolic Ca2+– is involved in cell motility and adhesion, phagocytosis, cytokinesis, and secretion. Actin dynamics also participates in the regulation of ion transport across the membranes where it not only plays a key role in the delivery and stabilization of channels and transporters in the plasma membrane but also in the regulation of their activity. The recently described functional interaction between actin and the Plasma Membrane Ca2+-ATPase (PMCA) represents a novel regulatory mechanism of the pump at the time that unveils a new pathway by which the cortical actin cytoskeleton participates in the regulation of cytosolic Ca2+ homeostasis. In this review, we summarize the current knowledge on the interaction between the cortical actin cytoskeleton and the PMCA and discuss the possible mechanisms that may explain the pump’s modulation.Fil: Dalghi, Marianela Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Regulation of the Plasma Membrane Calcium ATPases by the actin cytoskeleton

Associations between the cortical cytoskeleton and the components of the plasma membrane are no longer considered to be merely of structural and mechanical nature but are nowadays recognized as dynamic interactions that modulate a plethora of cellular responses. Reorganization of actin filaments upon diverse stimuli - among which is the rise in cytosolic Ca2+ – is involved in cell motility and adhesion, phagocytosis, cytokinesis, and secretion. Actin dynamics also participates in the regulation of ion transport across the membranes where it not only plays a key role in the delivery and stabilization of channels and transporters in the plasma membrane but also in the regulation of their activity. The recently described functional interaction between actin and the Plasma Membrane Ca2+-ATPase (PMCA) represents a novel regulatory mechanism of the pump at the time that unveils a new pathway by which the cortical actin cytoskeleton participates in the regulation of cytosolic Ca2+ homeostasis. In this review, we summarize the current knowledge on the interaction between the cortical actin cytoskeleton and the PMCA and discuss the possible mechanisms that may explain the pump's modulation.Fil: Dalghi, Marianela Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

The E2P-like state induced by magnesium fluoride complexes in the Na,K-ATPase: kinetics of formation and interaction with Rb+

The first X-ray crystal structures of the Na,K-ATPase were obtained in the presence of magnesium and fluoride as E2(K2)Mg–MgF4, an E2∙Pi-like state capable to occlude K+ (or Rb+). This work presents a functional characterization of the crystallized form of the enzyme and proposes a model to explain the interaction between magnesium, fluoride and Rb+ with the Na,K-ATPase. We studied the effect of magnesium and magnesium fluoride complexes on the E1–E2 conformational transition and the kinetics of Rb+ exchange between the medium and the E2(Rb2)Mg–MgF4 state. Our results show that both in the absence and in the presence of Rb+, simultaneous addition of magnesium and fluoride stabilizes the Na,K-ATPase in an E2 conformation, presumably the E2Mg–MgF4 complex, that is unable to shift to E1 upon addition of Na+. The time course of conformational change suggests the action of fluoride and magnesium at different steps of the E2Mg–MgF4 formation. Increasing concentrations of fluoride revert along a sigmoid curve the drop in the level of occluded Rb+ caused by Mg2 +. Na+-induced release of Rb+ from E2(Rb2)Mg–MgF4 occurs at the same rate as from E2(Rb2) but is insensitive to ADP. The rate of Rb+ occlusion into the E2Mg–MgF4 state is 5–8 times lower than that described for the E2Mg–vanadate complex. Since the E2Mg–MgF4 and E2Mg–vanadate complexes represent different intermediates in the E2-P → E2 dephosphorylation sequence, the variation in occlusion rate could provide a tool to discriminate between these intermediates.Fil: Montes, Monica Raquel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Centeno, Mercedes. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Rolando Carlos. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

Conformational changes during the reaction cycle of Plasma Membrane Ca2+-ATPase in the autoinhibited and activated states

Plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA) transports Ca2+ by a reaction cycle including phosphorylated intermediates. Calmodulin binding to the C-terminal tail disrupts autoinhibitory interactions, activating the pump. To assess the conformational changes during the reaction cycle, we studied the structure of different PMCA states using a fluorescent probe, hydrophobic photolabeling, controlled proteolysis and Ca2+-ATPase activity.  Our results show that calmodulin binds to E2P-like states, and during dephosphorylation, the hydrophobicity in the nucleotide-binding pocket decreases and the Ca2+ binding site becomes inaccessible to the extracellular medium. Autoinhibitory interactions are disrupted in E1Ca and in the E2P ground state whereas they are stabilized in the E2∙Pi product state. Finally, we propose a model that describes the conformational changes during the Ca2+ transport of PMCA.Fil: Saffioti, Nicolas Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: de Sautu, Marilina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Riesco, Ana Sol. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin

E2P-like states of plasma membrane Ca2+-ATPase characterization of vanadate and fluoride-stabilized phosphoenzyme analogues

The plasma membrane Ca2+‑ATPase (PMCA) belongs to the family of P-type ATPases, which share the formation of an acid-stable phosphorylated intermediate as part of their reaction cycle. The crystal structure of PMCA is currently lacking. Its abundance is approximately 0.1% of the total protein in the membrane, hampering efforts to produce suitable crystals for X-ray structure analysis. In this work we characterized the effect of beryllium fluoride (BeFx), aluminium fluoride (AlFx) and magnesium fluoride (MgFx) on PMCA. These compounds are known inhibitors of P-type ATPases that stabilize E2P ground, E2·P phosphoryl transition and E2·Pi product states. Our results show that the phosphate analogues BeFx, AlFx and MgFx inhibit PMCA Ca2+‑ATPase activity, phosphatase activity and phosphorylation with high apparent affinity. Ca2+‑ATPase inhibition by AlFx and BeFx depended on Mg2+ concentration indicating that this ion stabilizes the complex between these inhibitors and the enzyme. Low pH increases AlFx and BeFx but not MgFx apparent affinity. Eosin fluorescent probe binds with high affinity to the nucleotide binding site of PMCA. The fluorescence of eosin decreases when fluoride complexes bind to PMCA indicating that the environment of the nucleotide binding site is less hydrophobic in E2P-like states. Finally, measuring the time course of E → E2P-like conformational change, we proposed a kinetic model for the binding of fluoride complexes and vanadate to PMCA. In summary, our results show that these fluoride complexes reveal different states of phosphorylated intermediates belonging to the mechanism of hydrolysis of ATP by the PMCA.Fil: Saffioti, Nicolas Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: de Sautu, Marilina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Ferreira Gomes, Mariela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Rossi, Rolando Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Berlin, Joshua. Rutgers University; Estados UnidosFil: Rossi, Juan Pablo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Mangialavori, Irene Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentin