Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54504 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Pyrazole derivative YM-58483 inhibits store-operated Ca2+ entry in macrophages Производное пиразола YM-58483 ингибирует депозависимый вход Са2+ в макрофагах Миленина Л С Milenina L S l.milenina@spbu.ru Крутецкая З И Krutetskaya Z I Антонов В. Г. Antonov V. G. Крутецкая Н И Krutetskaya N I Бадюлина В. И. Badulina V. I. Санкт-Петербургский государственный университет ru Saint-Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный университет ru Saint-Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State Pediatric Medical University Saint Petersburg Russian Federation Военно-Медицинская академия им. C.М. Кирова Санкт-Петербург Россия Kirov Military Medical Academy Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет ru Saint-Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation 25 03 2020 25 03 2020 5 1 164 168 20 03 2020 20 03 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54504/view

Депозависимый вход Са2 является повсеместным механизмом регулируемого входа Са2+ в клетки эукариот, активируемым при опустошении внутриклеточных Са2+-депо; участвует в регуляции широкого спектра клеточных процессов (экзоцитоз, экспрессия генов, пролиферация клеток и др.). После обнаружения важной роли депозависимых Са2+-каналов в патогенезе тяжелых заболеваний человека, таких как тяжелый комбинированный иммунодефицит, назальный полипоз, ревматоидный артрит и др. возрос интерес исследователей к разработке низкомолекулярных блокаторов депозависимых Са2+-каналов. Учитывая важную роль депозависимых Са2+-каналов в функционировании клеток иммунной системы и для выяснения фармакологических характеристик депозависимого входа Са2+ в макрофагах, представлялось целесообразным исследовать влияние производного пиразола соединения YM-58483 на депозависимый вход Са2+, вызываемый ингибиторами эндоплазматических Са2+-АТФаз тапсигаргином и циклопьязониковой кислотой (ЦПК) в перитонеальных макрофагах крыс. С использованием флуоресцентного Са2+-зонда Fura-2AM мы впервые обнаружили, что при добавлении YM-58483 на фоне развившегося депозависимого входа Са2+, вызываемого тапсигаргином или ЦПК, наблюдается практически полное подавление депозависимого входа Са2+. Это свидетельствует о том, что YM-58483 эффективно подавляет уже развившийся депозависимый вход Са2+ в макрофаги. Во втором варианте экспериментов мы исследовали влияние YM-58483 на уже активированные опустошением депо механизмы входа Сa2+ в макрофаги. Макрофаги стимулировали ЦПК или тапсигаргином в номинально бескальциевой среде. После окончания фазы мобилизации Ca2+ из депо клетки инкубировали в течение 5 мин в присутствии YM-58483, после чего инициировали вход Са2+ в цитозоль. Обнаружено, что и в этих условиях YM-58483 вызывает значительное подавление входа Са2+. Таким образом, мы впервые на перитонеальных макрофагах крыс показали, что производное пиразола YM-58483 эффективно ингибирует депозависимый вход Са2+ и является удобным фармакологическим инструментом для изучения депозависимого входа Са2+ в макрофагах, как и в клетках других типов.

Store-operated Ca2+ entry (SOCE) is the ubiquitous mechanism of regulated Ca2+-entry in eukaryotic cells, activated upon depletion of intracellular Ca2+-stores; participates in regulation of a wide range of cellular processes (exocytosis, gene expression, etc.). After discovery of the important role of SOCE in the pathogenesis of human diseases, such as severe combined immunodeficiency, nasal polyposis, etc., the researcher’s interest in the development of low molecular weight blockers of SOCE increased. To determine the pharmacological characteristics of SOCE in macrophages, it seemed appropriate to study the effect of the pyrazole derivative compound YM-58483 on SOCE induced by endoplasmic Ca2+-ATPase inhibitors thapsigargin and cyclopiazonic acid (CPA) in rat peritoneal macrophages. Using Fura-2AM microfluorimetry we found that upon addition of YM-58483 during the developed SOCE induced by thapsigargin or CPA almost complete inhibition of SOCE was observed. This suggests that YM-58483 effectively suppresses already developed SOCE in macrophages. In the second series of experiments, we investigated the effect of YM-58483 after Ca2+ entry mechanisms were activated by store depletion. Macrophages were stimulated by CPA or thapsigargin in Ca2+-free medium. After Ca2+-mobilization from the stores, the cells were incubated for 5 min with YM-58483, then Ca2+ entry into the cell was initiated. It was found that under these conditions, YM-58483 also causes a significant suppression of SOCE. Thus, we showed for the first time on rat peritoneal macrophages, that pyrazole derivative YM-58483 effectively inhibits SOCE and is a useful pharmacological tool for studying SOCE in macrophages, as well as in other cell types.

 производное пиразола соединение YM-58483 депозависимый вход Са2+ перитонеальные макрофаги pyrazole derivative compound YM-58483 store-operated Ca2+ entry peritoneal macrophages

Putney J.W. Capacitative calcium entry revisited. Cell Calcium, 1990. vol. 11, pp. 611-624. Putney J.W. Capacitative calcium entry revisited. Cell Calcium, 1990. vol. 11, pp. 611-624. Putney J.W. Store-operated calcium entry: a historical overview. Adv. Exp. Med. Biol., 2017, vol. 981, pp. 205-214. Putney J.W. Store-operated calcium entry: a historical overview. Adv. Exp. Med. Biol., 2017, vol. 981, pp. 205-214. Putney J. W. The physiological function of store-operated calcium entry. Neurochem. Res., 2011., vol. 36, pp. 1157-1165. Putney J. W. The physiological function of store-operated calcium entry. Neurochem. Res., 2011., vol. 36, pp. 1157-1165. Prakriya M., Lewis R.S. Store-operated calcium channels. Physiol. Rev., 2015, vol. 95, pp. 1383-1436. Prakriya M., Lewis R.S. Store-operated calcium channels. Physiol. Rev., 2015, vol. 95, pp. 1383-1436. Vaca L. SOCIC: the store-operated calcium influx complex. Cell Calcium., 2010, vol. 47, pp. 199-209. Vaca L. SOCIC: the store-operated calcium influx complex. Cell Calcium., 2010, vol. 47, pp. 199-209. Moreno C., Vaca L. Microdomain organization of SOCE signaling. In: Store-operated Ca2+ entry (SOCE) pathways. Wien: Springer-Verlag, 2012, pp. 93-113. Moreno C., Vaca L. Microdomain organization of SOCE signaling. In: Store-operated Ca2+ entry (SOCE) pathways. Wien: Springer-Verlag, 2012, pp. 93-113. Nwokonko R.M., Cai X., Loktionova N.A., Wang Y., Zhou Y., Gill D.L. The STIM-Orai pathway: conformational coupling between STIM and Orai in the activation of store-operated Ca2+ entry. Adv. Exp. Med. Biol., 2017, vol. 993, pp. 83-98. Nwokonko R.M., Cai X., Loktionova N.A., Wang Y., Zhou Y., Gill D.L. The STIM-Orai pathway: conformational coupling between STIM and Orai in the activation of store-operated Ca2+ entry. Adv. Exp. Med. Biol., 2017, vol. 993, pp. 83-98. Nguyen N.T., Han W., Cao W.-M., Wang Y., Wen S., Huang Y., Li M., Du L., Zhou Y. Store-operated calcium entry mediated by ORAI and STIM. Comprehensive Physiol., 2018, vol. 8, pp. 981-1002. Nguyen N.T., Han W., Cao W.-M., Wang Y., Wen S., Huang Y., Li M., Du L., Zhou Y. Store-operated calcium entry mediated by ORAI and STIM. Comprehensive Physiol., 2018, vol. 8, pp. 981-1002. Lunz V., Romanin C., Frischauf I. STIM1 activation of Orai1. Cell Calcium, 2019, vol. 77, pp. 29-38. Lunz V., Romanin C., Frischauf I. STIM1 activation of Orai1. Cell Calcium, 2019, vol. 77, pp. 29-38. Shaw P.J., Feske St. Physiological and pathophysiological functions of SOCE in the immune system. Front. Biosci., 2013, vol. 4, pp. 2253-2268. Shaw P.J., Feske St. Physiological and pathophysiological functions of SOCE in the immune system. Front. Biosci., 2013, vol. 4, pp. 2253-2268. Lacruz R.S., Feske St. Diseases caused by mutations in ORAI1 and STIM1. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2015, vol. 1356, pp. 45-79. Lacruz R.S., Feske St. Diseases caused by mutations in ORAI1 and STIM1. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2015, vol. 1356, pp. 45-79. Feske St. CRAC channels and disease - From human CRAC channelopathies and animal models to novel drugs. Cell Calcium, 2019, vol. 80, pp. 112-116. Feske St. CRAC channels and disease - From human CRAC channelopathies and animal models to novel drugs. Cell Calcium, 2019, vol. 80, pp. 112-116. Ishikawa J., Ohga K., Yoshino T., Takezawa R., Ichikawa A., Kubota H., Yamada T. A pyrazole derivative, YM-58483, potently inhibits store-operated sustained Ca2+ influx and IL-2 production in T lymphocytes. J. Immunol., 2003, vol. 170, pp. 4441-4449. Ishikawa J., Ohga K., Yoshino T., Takezawa R., Ichikawa A., Kubota H., Yamada T. A pyrazole derivative, YM-58483, potently inhibits store-operated sustained Ca2+ influx and IL-2 production in T lymphocytes. J. Immunol., 2003, vol. 170, pp. 4441-4449. Миленина Л.С., Крутецкая З.И., Наумова А.А., Бутов С.Н., Крутецкая Н.И., Антонов В.Г. Ингибиторы метаболизма арахидоновой кислоты подавляют Са2+ответы, вызываемые трифлуоперазином, в макрофагах. Цитология, 2018, т. 60, номер 2, с. 116-121. @@[Milenina L.S., Krutetskaya Z.I., Naumova A.A., Butov S.N., Krutetskaya N.I., Antonov V.G. Arachidonic acid metabolism inhibitors attenuate Ca2+ responses induced by trifluoperazine in macrophages. Cell Tissue Biol., 2018, vol. 12, no. 4, pp. 315-322. (In Russ.)] Milenina L.S., Kruteckaya Z.I., Naumova A.A., Butov S.N., Kruteckaya N.I., Antonov V.G. Ingibitory metabolizma arahidonovoy kisloty podavlyayut Sa2+otvety, vyzyvaemye trifluoperazinom, v makrofagah. Citologiya, 2018, t. 60, nomer 2, s. 116-121. @@[Milenina L.S., Krutetskaya Z.I., Naumova A.A., Butov S.N., Krutetskaya N.I., Antonov V.G. Arachidonic acid metabolism inhibitors attenuate Ca2+ responses induced by trifluoperazine in macrophages. Cell Tissue Biol., 2018, vol. 12, no. 4, pp. 315-322. (In Russ.)] Grynkiewicz G., Poenie M., Tsien R.Y. A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260, pp. 3440-3450. Grynkiewicz G., Poenie M., Tsien R.Y. A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260, pp. 3440-3450. Xie Q., Zhang Y., Zhai C., Bonanno J. A. Calcium influx factor from cytochrome P-450 metabolism and secretion-like coupling mechanisms for capacitative calcium entry in corneal endothelial cells. J. Biol. Chem., 2002, vol. 277, pp. 16559-16566. Xie Q., Zhang Y., Zhai C., Bonanno J. A. Calcium influx factor from cytochrome P-450 metabolism and secretion-like coupling mechanisms for capacitative calcium entry in corneal endothelial cells. J. Biol. Chem., 2002, vol. 277, pp. 16559-16566. Xia J., Pan R., Gao X., Meucci O., Hu H. Native store-operated calcium channels are functionally expressed in mouse spinal cord dorsal horn neurons and regulate resting calcium homeostasis. J. Physiol., 2014, vol. 592.16, pp. 3443-3461. Xia J., Pan R., Gao X., Meucci O., Hu H. Native store-operated calcium channels are functionally expressed in mouse spinal cord dorsal horn neurons and regulate resting calcium homeostasis. J. Physiol., 2014, vol. 592.16, pp. 3443-3461. Zeng B., Chen G.-L., Garcia-Vaz E., Bhandari S., Daskoulidou N., Berglund L. M., Jiang H., Hallett T., Zhou L.-P., Huang L., Xu Z.-H., Nair V., Nelson R. G., Ju W., Kretzler M., Atkin S. L., Gomez M.F., Xu Sh.-Z. ORAI channels are critical for receptor-mediated endocytosis of albumin. Nat. Commun., 2017, vol. 8, p. 1920, DOI: 10.1038/s41467-017-02094-y. Zeng B., Chen G.-L., Garcia-Vaz E., Bhandari S., Daskoulidou N., Berglund L. M., Jiang H., Hallett T., Zhou L.-P., Huang L., Xu Z.-H., Nair V., Nelson R. G., Ju W., Kretzler M., Atkin S. L., Gomez M.F., Xu Sh.-Z. ORAI channels are critical for receptor-mediated endocytosis of albumin. Nat. Commun., 2017, vol. 8, p. 1920, DOI: 10.1038/s41467-017-02094-y. Kimura M., Nishi K., Higashikawa A., Ohyama S., Sakurai K., Tazaki M., Shibukawa Y. High pH-sensitive store-operated Ca2+ entry mediated by Ca2+ release-activated Ca2+ channels in rat odontoblasts. Front. Physiol., 2018, vol. 9, p. 443. DOI: 10.3389/fphys.2018.00443. Kimura M., Nishi K., Higashikawa A., Ohyama S., Sakurai K., Tazaki M., Shibukawa Y. High pH-sensitive store-operated Ca2+ entry mediated by Ca2+ release-activated Ca2+ channels in rat odontoblasts. Front. Physiol., 2018, vol. 9, p. 443. DOI: 10.3389/fphys.2018.00443. Rahman S., Rahman T. Unveiling some FDA-approved drugs as inhibitors of the store-operated Ca2+ entry pathway. Sci. Rep., 2017, vol. 7, p. 12881. DOI: 10.1038/s41598-017-13343-x. Rahman S., Rahman T. Unveiling some FDA-approved drugs as inhibitors of the store-operated Ca2+ entry pathway. Sci. Rep., 2017, vol. 7, p. 12881. DOI: 10.1038/s41598-017-13343-x. Sadaghiani A.M., Lee S.M., Odegaard J.I., Leveson-Gower D.B., McPherson O.M., Novick P., Kim M.R., Koehler A.N., Negrin R., Dolmetsch R.E., Park Ch.Y. Identification of Orai1 channel inhibitors by using minimal functional domains to screen small molecule microarrays. Chem. Biol., 2014, vol. 21, pp. 1278-1292. Sadaghiani A.M., Lee S.M., Odegaard J.I., Leveson-Gower D.B., McPherson O.M., Novick P., Kim M.R., Koehler A.N., Negrin R., Dolmetsch R.E., Park Ch.Y. Identification of Orai1 channel inhibitors by using minimal functional domains to screen small molecule microarrays. Chem. Biol., 2014, vol. 21, pp. 1278-1292. Derler I., Schindl R., Fritsch R., Heftberger P., Riedl M.Ch., Begg M., House D., Romanin Ch. The action of selective CRAC channel blockers is affected by the Orai pore geometry. Cell Calcium, 2013, vol. 53, pp. 139-151. Derler I., Schindl R., Fritsch R., Heftberger P., Riedl M.Ch., Begg M., House D., Romanin Ch. The action of selective CRAC channel blockers is affected by the Orai pore geometry. Cell Calcium, 2013, vol. 53, pp. 139-151. Jairaman A., Prakriya M. Molecular pharmacology of store-operated CRAC channels. Channels, 2013, vol. 7, pp. 402-414. Jairaman A., Prakriya M. Molecular pharmacology of store-operated CRAC channels. Channels, 2013, vol. 7, pp. 402-414.