Temperature and RyR1 Regulate the Activation Rate of Store-Operated Ca2+ Entry Current in Myotubes

AbstractStore-operated calcium entry (SOCE) is an important Ca2+ entry pathway in skeletal muscle. However, direct electrophysiological recording and full characterization of the underlying SOCE current in skeletal muscle cells (ISkCRAC) has not been reported. Here, we characterized the biophysical properties, pharmacological profile, and molecular identity of ISkCRAC in skeletal myotubes, as well as the regulation of its rate of activation by temperature and the type I ryanodine receptor (RyR1). ISkCRAC exhibited many hallmarks of Ca2+ release activated Ca2+ currents (ICRAC): store dependence, strong inward rectification, positive reversal potential, limited cesium permeability, and sensitivity to SOCE channel blockers. ISkCRAC was reduced by siRNA knockdown of stromal interaction molecule 1 and expression of dominant negative Orai1. Average ISkCRAC current density at −80mV was 1.00 ± 0.05 pA/pF. In the presence of 20 mM intracellular EGTA, ISkCRAC activation occurred over tens of seconds during repetitive depolarization at 0.5Hz and was inhibited by treatment with 100 μM ryanodine. The rate of SOCE activation was reduced threefold in myotubes from RyR1-null mice and increased 4.6-fold at physiological temperatures (35–37°C). These results show that ISkCRAC exhibits similar biophysical, pharmacological, and molecular properties as ICRAC in nonexcitable cells and its rate of activation during repetitive depolarization is strongly regulated by temperature and RyR1 activity

Calcineurin Controls Voltage-Dependent-Inactivation (VDI) of the Normal and Timothy Cardiac Channels

Ca2+-entry in the heart is tightly controlled by Cav1.2 inactivation, which involves Ca2+-dependent inactivation (CDI) and voltage-dependent inactivation (VDI) components. Timothy syndrome, a subtype-form of congenital long-QT syndrome, results from a nearly complete elimination of VDI by the G406R mutation in the α11.2 subunit of Cav1.2. Here, we show that a single (A1929P) or a double mutation (H1926A-H1927A) within the CaN-binding site at the human C-terminal tail of α11.2, accelerate the inactivation rate and enhances VDI of both wt and Timothy channels. These results identify the CaN-binding site as the long-sought VDI-regulatory motif of the cardiac channel. The substantial increase in VDI and the accelerated inactivation caused by the selective inhibitors of CaN, cyclosporine A and FK-506, which act at the same CaN-binding site, further support this conclusion. A reversal of enhanced-sympathetic tone by VDI-enhancing CaN inhibitors could be beneficial for improving Timothy syndrome complications such as long-QT and autism

Сейсмотектоніка Корякського нагір’я — однієї з активних окраїн континенту Евразії

In the article the features of the general seismotectonics of the Koryak Highland as the northwestern part of the framing of the Bering plate, including the latest (09.01.2020) seismic activation in the area of Mount Ledyanaya are presented. Comparison with the general seismotectonics of the Ukrainian Carpathians, another of the moderately active platform outskirts of the Eurasian continent is also given. These features are established on the basis of a complex of geological-geophysical and the latest GNSS data and a detailed system analysis of the structural elements of the geological-tectonic system and seismotectonic activity of the Koryak region and its discrete zones using seismic data from the catalogue of the Kamchatka Branch of the Geophysical Survey of the RAS. The researches methodology is based on the author’s geological and geophysical concepts of the block-key structure and tectonics of lithosphere of the active margins of the continents of the Pacific mobile belts of seismicity and volcanism and the «crocodile» alpine tectonics of the Ukrainian Carpathians. It is shown that the geomechanics of the Koryak region is a complex spatiotemporal combination of collision, shear and horst-graben («keyboard-like») tectonic processes, which reflect the general features and characteristic peculiarities of the geodynamics and seismotectonics of the Bering plate and the Koryak seismic belt as the northwestern part of its frame. Those processes appear in the peculiarities of the tectonic structure of the regions lithosphere and in the features of regional and local seismicity. In particular, for the first time by a complex of system data, the shear component of the movements of the Bering plate relative to the Eurasian plate was tracked in detail and the reflection of this component in the features of local seismotectonic processes was traced. According to seismicity monitoring data for the period 2000—2020 a tectonic-linked earthquake map of the Koryak seismic belt, extending along the northwestern coast of the Bering Sea, including the Koryak Highland, was constructed. By the strong seismic events and swarms of aftershocks in the belt the Ilpyrsky, Khailino, and Mount Ledyanaya high-magnitude (with M > 5.0) seismogenic centers have been identified. The connection of these seismogenic centers with the peculiarities of the tectonics of the region is traced. The collisional-rheological and deep-tectonic genesis of «keyboard-like» tectonics in the highlands and its relationship with high-magnitude seismogenic units and volcanogens of the Koryak-Chukchi Cenozoic volcanic belt are also traced. A comparative analysis of the seismotectonics of the Koryak Highland and the Ukrainian Carpathians made it possible to more clearly trace the general features and the peculiarities of the components of the «keyboard-like» and «crocodile» seismotectonics of these regions. The researches results make it possible to more reliably evaluate the level and characteristics of seismic hazard for the considered regions, especially for the Koryak Highland, and they should also be taken into account at minerals exploration here and at organizing the work of mining enterprises.In the next article the peculiarities of seismotectonics of the high-magnitude focal zones of the Koryak seismic belt and the Ukrainian Carpathians, and in particular, the latest of them in the Mount Ledyanaya area (Koryak Highland) will be more detailed considered.Приведены особенности общей сейсмотектоники Корякского нагорья как северо- западной части обрамления плиты Берингии, включая новейшую (09.01.2020 г.) сейсмическую активизацию района горы Ледяной. Представлено ее сравнение с общей сейсмотектоникой Украинских Карпат — еще одной из умеренно активных платформных окраин Евразийского континента. Эти особенности установлены на основе комплекса геолого-геофизических и новейших GNSS данных, а также и детального системного анализа структурных элементов геолого-тектонической системы и сейсмотектонической активности Корякского региона и его отдельных зон с привлечением сейсмических данных каталога Камчатского филиала Геофизической службы РАН. Методология исследования базируется на авторских геолого-геофизических концепциях глыбово-клавишной структуры и тектоники литосферы активных окраин континентов Тихоокеанских подвижных поясов сейсмичности и вулканизма и «крокодиловой» альпийской тектоники Украинских Карпат. Показано, что геомеханика Корякского региона представляет собой сложное пространственно-временное сочетание коллизионных, сдвиговых и горст-грабеновых («клавишных») тектонических процессов. Они отражают общие черты и характерные особенности геодинамики и сейсмотектоники плиты Берингии и Корякского сейсмического пояса как северо-западной части ее обрамления и проявляются в особенностях тектонического строения литосферы региона, а также региональной и локальной сейсмичности. В частности, впервые по комплексу системных данных детально прослежены сдвиговая составляющая движений плиты Берингии относительно плиты Евразии и отражения этой составляющей в особенностях местных сейсмотектонических процессов. По данным мониторинга сейсмичности за период 2000—2020 гг. построена привязанная к тектонике карта землетрясений Корякского сейсмического пояса, простирающегося по северо-западному побережью Берингова моря, включая Корякское нагорье. По сильнейшим сейсмическим событиям и роям афтершоков в поясе выделены Ильпырский, Хаилинский и горы Ледяной высокомагнитудные (с М > > 5,0) сейсмогенные центры. Прослежена связь этих центров с особенностями тектони- ки региона. Прослежен также коллизионно-реологический и глубинно-тектонический генезис «клавишной» тектоники на территории нагорья и ее связь с высокомагнитудными сейсмогенными узлами и вулканогенами Корякско-Чукотского кайнозойского вулканического пояса. Сравнительный анализ сейсмотектоники Корякского нагорья и Украинских Карпат дал возможность более рельефно проследить как общие черты, так и особенности компонент «клавишной» и «крокодиловой» сейсмотектоники этих регионов. Результаты исследований позволяют более надежно оценивать уровень и особенности сейсмической опасности для рассмотренных регионов, особенно для Корякского нагорья, их следует принимать во внимание при поисках здесь полезных ископаемых и организации работы горнодобывающих предприятий. В следующей статье более детально будут рассмотрены особенности сейсмотектоники высокомагнитудных очаговых зон Корякского сейсмического пояса и Украинских Карпат, и в частности, новейшего из них в районе горы Ледяной (Корякское нагорье).Наведено особливості загальної сейсмотектоніки Корякського нагір’я як північно-західної частини обрамлення плити Берінгії , включаючи новітню (09.01.2020 р.) сейсмічну активізацію району гори Лєдяної. Сейсмотектоніку нагір’я порівняно із загальною сейсмотектонікою Українських Карпат — однієї із помірно активних платформних окраїн Євразійського континенту. Ці особливості встановлено на основі комплексу геолого-геофізичних і новітніх GNSS даних і детального системного аналізу структурних елементів геолого-тектонічної системи і сейсмотектонічної активності Корякського регіону та його окремих зон із залученням сейсмічних даних каталогу Камчатського філіалу Геофізичної служби РАН. Методологія дослідження ґрунтується на авторських геолого-геофізичних концепціях глибово-клавішної структури і тектоніки літосфери активних окраїн континентів Тихоокеанських рухливих поясів сейсмічності і вулканізму та «крокодилової» альпійської тектоніки Українських Карпат. Показано, що геомеханіка Корякського регіону є складним просторово-часовим поєднанням колізійних, зсувних і горст-грабенових («клавішних») тектонічних процесів, що відображають загальні риси й характерні особливості геодинаміки та сейсмотектоніки плити Берінгії і Корякського сейсмічного поясу як північно-західної частини її обрамлення, виявляються в особливостях тектонічної будови літосфери регіону і в особливостях регіональної та локальної сейсмічності. Зокрема, вперше за комплексом системних даних детально простежено зсувну складову рухів плити Берінгії відносно плити Євразії і відображення цієї складової в особливостях місцевих сейсмотектонічних процесів. За даними моніторингу сейсмічності за період 2000—2020 рр. побудовано прив’язану до тектоніки карту землетрусів Корякського сейсмічного поясу, який простягається по північно-західному узбережжю Берингового моря, зокрема по Корякському нагір’ю. За найсильнішими сейсмічними подіями і роями афтершоків у поясі виділено Ільпірський, Хаїлінський і гори Лєдяної високомагнітудні (з М > 5,0) сейсмогенні центри. Простежено зв’язок цих сейсмогенних центрів з особливостями тектоніки регіону, а також колізійно- реологічний і глибинно-тектонічний генезис «клавішної» тектоніки на території нагір’я та її зв’язок з високомагнітудними сейсмогенними вузлами і вулканогенами Коряксько-Чукотського кайнозойского вулканічного поясу. Порівняльний аналіз сейсмотектоніки Корякського нагір’я та Українських Карпат дав змогу рельєфніше простежити як загальні риси, так і особливості компонент «клавішної» й «крокодилової» сейсмотектоніки цих регіонів. За результатами досліджень можна надійніше оцінювати рівень і особливості сейсмічної небезпеки для розглянутих регіонів, особливо для Корякського нагір'я, а також ці результати слід брати до уваги під час пошуків у регіоні корисних копалин та організації роботи гірничодобувних підприємств. У наступній статті детальніше буде розглянуто особливості сейсмотектоніки високомагнітудних вогнищевих зон Корякського сейсмічного поясу і Українських Карпат, і зокрема, найновішого з них у районі гори Лєдяної (Корякське нагір'я)

Open-State Occupancy Prevents Gating Charge Relaxation of N-type (CaV2.2) Calcium Channels

N-type and L-type channels have significant gating differences, and we wondered whether some of these differences are linked to the relationship between charge movement and channel opening. The time constants for N-channel closing (τDeact) and Off-gating charge movement (τQOff) were compared over a range of voltages. τQOff was significantly larger than τDeact at voltages < −10 mV, and the voltage dependence of the τQOff was less steep than that for τDeact, which suggests that gating charge relaxation does not limit channel closing. Roscovitine, a drug that slows N-channel closing by holding the channel in a high open-probability state, was found to slow both τQOff and τDeact, and thus the time courses of channel closing and gating charge relaxation were similar. Our gating current results were reproduced with the addition of a voltage-independent, closed-closed transition to our previously published two-open-state N-channel model. This work suggests that, like L-type channels, there is a voltage-independent transition along the N-channel activation/deactivation pathway, but this transition occurs between closed states instead of the closed-open states of the L-channel. Also unlike L-type channels, the gating charge appears to be locked into the activated position by the N-channel open state

Accelerated activation of SOCE current in myotubes from two mouse models of anesthetic- and heat-induced sudden death.

Store-operated calcium entry (SOCE) channels play an important role in Ca(2+) signaling. Recently, excessive SOCE was proposed to play a central role in the pathogenesis of malignant hyperthermia (MH), a pharmacogenic disorder of skeletal muscle. We tested this hypothesis by characterizing SOCE current (ISkCRAC) magnitude, voltage dependence, and rate of activation in myotubes derived from two mouse models of anesthetic- and heat-induced sudden death: 1) type 1 ryanodine receptor (RyR1) knock-in mice (Y524S/+) and 2) calsequestrin 1 and 2 double knock-out (dCasq-null) mice. ISkCRAC voltage dependence and magnitude at -80 mV were not significantly different in myotubes derived from wild type (WT), Y524S/+ and dCasq-null mice. However, the rate of ISkCRAC activation upon repetitive depolarization was significantly faster at room temperature in myotubes from Y524S/+ and dCasq-null mice. In addition, the maximum rate of ISkCRAC activation in dCasq-null myotubes was also faster than WT at more physiological temperatures (35-37°C). Azumolene (50 µM), a more water-soluble analog of dantrolene that is used to reverse MH crises, failed to alter ISkCRAC density or rate of activation. Together, these results indicate that while an increased rate of ISkCRAC activation is a common characteristic of myotubes derived from Y524S/+ and dCasq-null mice and that the protective effects of azumolene are not due to a direct inhibition of SOCE channels