Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54321 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика POSSIBLE MECHANISMS MEDIATING THE REGULATION OF THE POTENTIAL DEPENDED CA2+ INFLUX IN TYPE III TASTE CELLS ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ПОТЕНЦИАЛ-ЗАВИСИМОГО ВХОДА СА2+ ВО ВКУСОВЫХ КЛЕТКАХ ТИПА III Черкашин А П Cherkashin A P Рогачевская О А Rogachevskaya O A o.rogachevskaja@gmail.com Институт биофизики клетки РАН ru Institute of Cell Biophysics Russian Academy of Sciences ru Институт биофизики клетки РАН ru Institute of Cell Biophysics Russian Academy of Sciences ru 25 09 2018 25 09 2018 3 3 520 525 20 09 2018 20 09 2018 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54321/view

Вкусовые клетки типа III используют классический химический синапс для нейропередачи сенсорной информации, и стимул-зависимый вход внеклеточного Са2+ через потенциал-зависимые (ПЗ) Са2+-каналы и инициируемый этим выброс нейромедиатора по механизму Са2+-зависимого экзоцитоза являются ключевыми событиями. Потенциально эффективность синаптической передачи может варьировать при изменениях внеклеточного Са2+, однако ранее мы показали, что ПЗ вход Са2+ и величина Са2+-сигналов в клетках типа III остаются инвариантными при изменении внешнего Са2+ в физиологическом диапазоне - это свидетельство функционирования механизма, обеспечивающего мониторинг внеклеточного Са2+ и подстройку нейропередачи при его девиации. Сенсором внеклеточного Са2+ может быть Са2+-чувствующий рецептор CаSR, экспрессию которого в клетках типа III мы продемонстрировали ранее. Мы предположили, что CаSR может регулировать активность ПЗ Са2+-каналов, и тогда ПЗ Са2+-токи должны быть чувствительны к агонистам/антагонистам этого рецептора. Регистрация ПЗ-токов в клетках типа III в цезиевых условиях показала наличие входящего Са2+-тока. Специфический агонист CаSR NPSR-568 подавлял этот ток, что можно было бы объяснить влиянием рецептора CаSR на активность ПЗ Са2+-каналов. Однако эффекты развивались быстро и были необратимы, указывая на возможность неспецифического действия. NPSR-568 ингибировал ПЗ-токи в клетках типа II, в которых рецептор CаSR не функционирует, подтверждая влияние этого соединения непосредственно на ПЗ-токи. Ряд других лигандов CаSR так же оказывал подобное неспецифичное действие на ПЗ-токи клеток типа III и II. В качестве альтернативы неоднозначным физиологическим данным нами предложена математическая модель, в которой постулируется, что внеклеточный Са2+ влияет на уровень ПЗ Са2+-тока не только как носитель тока, но и как CаSR-опосредованный регулятор ПЗ Са2+-каналов. При определенных параметрах модель достаточно точно воспроизводит полученную экспериментальную зависимость величины ПЗ Са2+-тока от концентрации внеклеточного Са2+.

Afferent output in Type III taste cells involves the classical chemical synapse, wherein Ca2+ entry through voltage-gated (VG) Ca2+-channels triggers Ca2+-dependent exocytosis of a neurotransmitter. In taste bud, extracellular Ca2+ may vary, thus affecting the efficacy of the synaptic transmission. As demonstrated earlier, VG Ca2+ influx and associated intracellular Ca2+ transients were apparently invariant when bath Ca2+ varied in a physiological range. This finding argued that in Type III taste, a mechanism exists to sense variability of extracellular Ca2+ and to provide the proper adjustment of neurotransmission. Previously, we found that extracellular Ca2+-sensing receptor (CaSR) is functionally expressed in Type III cells, where one might serve as a sensor of extracellular Ca2+ and a regulator of activity of VG Ca2+-channels. If so, VG Ca2+-currents and related intracellular Ca2+ signals should have been sensitive to agonists/antagonists of this receptor. In Type III cells dialyzed with CsCl, we detected VG Ca2+-currents. The specific CaSR agonist NPSR-568 suppressed these currents, implicating CaSR in control of their activity. However, the effects of NPSR-568 were apparently instant and irreversible, suggesting its action to be unspecific. NPSR-568 also inhibited VG-currents in Type II cells, wherein CaSR is not expressed. Given this fact and that the other ligands exerted similar inhibitory effects, the effects of CaSR ligands appeared to be unspecific. Since our inhibitory analysis failed, we employed a mathematical model that postulated that extracellular Ca2+ determines VG Ca2+ currents not only as a carrier but also as an CaSR agonist. At certain parameters, the model accurately reproduced the experimental dependence of the VG Ca2+ current on extracellular Ca2+.

 вкусовые клетки ПЗ Са2+-каналы рецептор внеклеточного Са2+ кальциевая сигнализация нейропередача taste cells VG Са2+-channels extracellular Са 2+-sensing receptor calcium signalization neurotransmission

Chaudhari N., Roper S.D. The cell biology of taste. J. Cell Biol., 2010, vol. 190, pp. 285-296. Chaudhari N., Roper S.D. The cell biology of taste. J. Cell Biol., 2010, vol. 190, pp. 285-296. Huang Y.A., Maruyama Y., Stimac R., Roper S.D. Presynaptic (type III) cells in mouse taste buds sense sour (acid) taste. J. Physiol., 2008, vol. 586, pp. 2903-2912. Huang Y.A., Maruyama Y., Stimac R., Roper S.D. Presynaptic (type III) cells in mouse taste buds sense sour (acid) taste. J. Physiol., 2008, vol. 586, pp. 2903-2912. Vandenbeuch A., Zorec R., Kinnamon S.C. Capacitance measurements of regulated exocytosis in mouse taste cells. J. Neurosci., 2010, vol. 30, pp. 14695-14701. Vandenbeuch A., Zorec R., Kinnamon S.C. Capacitance measurements of regulated exocytosis in mouse taste cells. J. Neurosci., 2010, vol. 30, pp. 14695-14701. Huang Y., Pereira E., Roper S.D. Acid stimulation (sour taste) elicits GABA and serotonin release from mouse taste cells. PLoS One, 2011, vol. 6 (10), pp. e25471. Huang Y., Pereira E., Roper S.D. Acid stimulation (sour taste) elicits GABA and serotonin release from mouse taste cells. PLoS One, 2011, vol. 6 (10), pp. e25471. Bystrova M.F., Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Churbanov G.D., Kolesnikov S.S. Functional expression of the extracellular Ca2+-sensing receptor in mouse taste cells. J. Cell Sci., 2010, vol. 123, pp. 972-982. Bystrova M.F., Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Churbanov G.D., Kolesnikov S.S. Functional expression of the extracellular Ca2+-sensing receptor in mouse taste cells. J. Cell Sci., 2010, vol. 123, pp. 972-982. Conigrave A.D., Ward D.T. Calcium-sensing receptor (CaSR): Pharmacological properties and signaling pathways. Best Pract. Res. Clin. Endocrin. Metab., 2013, vol. 27, pp. 315-331. Conigrave A.D., Ward D.T. Calcium-sensing receptor (CaSR): Pharmacological properties and signaling pathways. Best Pract. Res. Clin. Endocrin. Metab., 2013, vol. 27, pp. 315-331. Chen W., Bergsman J.B., Wang X., Gilkey G., Pierpoint C.-R., Daniel E.A., Awumey E.M., Dauban P., Dodd R.H., Ruat M., Smith S.M. Presynaptic external calcium signaling involves the calcium-sensing receptor in neocortical nerve terminals. PLoS One., 2010, vol. 5 (1), pp. e8563. Chen W., Bergsman J.B., Wang X., Gilkey G., Pierpoint C.-R., Daniel E.A., Awumey E.M., Dauban P., Dodd R.H., Ruat M., Smith S.M. Presynaptic external calcium signaling involves the calcium-sensing receptor in neocortical nerve terminals. PLoS One., 2010, vol. 5 (1), pp. e8563. Baryshnikov S.G., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. Calcium signaling mediated by P2Y receptors in mouse taste cells. J. Neurophysiol., 2003, vol. 90, pp. 3283-3294. Baryshnikov S.G., Rogachevskaja O.A., Kolesnikov S.S. Calcium signaling mediated by P2Y receptors in mouse taste cells. J. Neurophysiol., 2003, vol. 90, pp. 3283-3294. Kolesnikov S.S., Margolskee R.F. Extracellular K+ activates a K+ - and H+ -permeable conductance ion frog taste receptor cells. J. Physiol., 1998, vol. 507, pp. 415-432. Kolesnikov S.S., Margolskee R.F. Extracellular K+ activates a K+ - and H+ -permeable conductance ion frog taste receptor cells. J. Physiol., 1998, vol. 507, pp. 415-432. Romanov R.A., Kolesnikov S.S. Electrophysiologically identified subpopulations of taste bud cells. Neurosci. Lett., 2006, vol. 395. pp. 249-254. Romanov R.A., Kolesnikov S.S. Electrophysiologically identified subpopulations of taste bud cells. Neurosci. Lett., 2006, vol. 395. pp. 249-254. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jeang P., Margolskee R.F., Kolesnikov S.S. Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mammalian taste cells. EMBO J., 2007, vol. 26 (3), pp. 657-667. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jeang P., Margolskee R.F., Kolesnikov S.S. Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mammalian taste cells. EMBO J., 2007, vol. 26 (3), pp. 657-667. Horn R., Marty A. Muscarinic activation of ionic currents measured by a new whole-cell recording method. J. Gen. Physiol., 1988, vol. 92, pp. 145-159. Horn R., Marty A. Muscarinic activation of ionic currents measured by a new whole-cell recording method. J. Gen. Physiol., 1988, vol. 92, pp. 145-159. Filopanti M., Corbetta S., Barbieri A.M., Spada A. Pharmacology of the calcium sensing receptor. Clin. Cases Miner Bone Metab., 2013, vol. 10 (3), pp. 162-165. Filopanti M., Corbetta S., Barbieri A.M., Spada A. Pharmacology of the calcium sensing receptor. Clin. Cases Miner Bone Metab., 2013, vol. 10 (3), pp. 162-165. Hille B. Ion channels in excitable membranes. 3d ed. Sunderland: Sinauer Assocociates, Inc., 2001, 814 p. Hille B. Ion channels in excitable membranes. 3d ed. Sunderland: Sinauer Assocociates, Inc., 2001, 814 p. Hess P., Lansman J.B., Tsien R.W. Calcium channel selectivity for divalent and monovalent cations. Voltage and concentration dependence of single channel current in ventricular heart cells. J. Gen. Physiol., 1986, vol. 88, pp. 293-319. Hess P., Lansman J.B., Tsien R.W. Calcium channel selectivity for divalent and monovalent cations. Voltage and concentration dependence of single channel current in ventricular heart cells. J. Gen. Physiol., 1986, vol. 88, pp. 293-319.