Plasma membrane calcium pumps in smooth muscle: from fictional molecules to novel inhibitors

Abstract

Plasma membrane Ca2+ pumps (PMCA pumps) are Ca2+-Mg2+ ATPases that expel Ca2+ from the cytosol to extracellular space and are pivotal to cell survival and function. PMCA pumps are encoded by the genes PMCA1, -2, -3, and -4. Alternative splicing results in a large number of isoforms that differ in their kinetics and activation by calmodulin and protein kinases A and C. Expression by 4 genes and a multifactorial regulation provide redundancy to allow for animal survival despite genetic defects. Heterozygous mice with ablation of any of the PMCA genes survive and only the homozygous mice with PMCA1 ablation are embryolethal. Some PMCA isoforms may also be involved in other cell functions. Biochemical and biophysical studies of PMCA pumps have been limited by their low levels of expression. Delineation of the exact physiological roles of PMCA pumps has been difficult since most cells also express sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ pumps and a Na+-Ca2+-exchanger, both of which can lower cytosolic Ca2+. A major limitation in the field has been the lack of specific inhibitors of PMCA pumps. More recently, a class of inhibitors named caloxins have emerged, and these may aid in delineating the roles of PMCA pumps.

Mg(2+),ATP-dependent plasma membrane calcium pump of smooth muscle cells. ІІ. Regulation of activity

“…При цьо-му функціонування помпи залежить від рН, оскільки транспорт Са 2+ потребує контртранс-портування протону, тому в разі підвищення зовнішньоклітинного рН (до рН 8,8) [4] за од-ночасного закислення внутрішньоклітинного середовища [5] відбувається практично пов-не інгібування транспортування Са 2+ . Ефект інгібування Са 2+ -помпи за підвищення рН можна пояснити відсутністю доступних Н + у позаклітинному середовищі [5].…”

“…Класичним неспецифічним інгібітором катіонтранспортувальних АТРаз Р-типу є ор-тованадат [26,39,40]. Ця сполука гальмує Ca 2+ -помпи СР та ПМ, але чутливість цих си-стем до нього відрізняється [8,26,27]. При-пускають, що ванадат (п'ятивалентний сте-ричний аналог фосфату) пригнічує активність АТРази, зв'язуючись з аспарагіновою кисло-тою, яка бере участь в утворенні проміжного фосфоризованого продукту Са…”

“…Ізоформи Са 2+ -помпи ПМ мають певні особливості в регуляції кальмодуліном: у них різна базальна активність, різна афінність до кальмодуліну, швидкість активації та інактивації у відповідь на приєднання та дисоціацію кальмодуліну [8] (див. першу частину огляду, Ukr.…”

“…Важливо, що концентрація ліпідів in vivo у мембрані достатня для напівмаксимальної активації помпи. До того ж кислі фосфоліпіди є більш ефективними активаторами помпи, ніж кальмодулін [8], що сформувало припущення, за яким кальмодулін та кислі фосфоліпіди ак-тивують Са 2+ -АТРазу за різними механізмами із залученням відмінних зв'язуючих сайтів [64,65]. Робота з протеолітичними фрагмен-тами Са 2+ -помпи ПМ та із синтетичними пептидами дозволила відкрити два окремих фосфоліпідзв'язувальних домени у помпі: один є кальмодулінзв'язуючим доменом, а інший -розташований у цитозольній петлі між 2 та 3 трансмембранним доменом та містить 40 основ-них амінокислот [35,48,66].…”

“…Так, концентрація фосфатидилсерину та подібних до нього кис-лих фосфоліпідів у ПМ незмінна для кожного окремого типу клітин, натомість концентрація фосфатидилінозитолу та його фосфорилованих продуктів (РІР 1,2 ) у мембрані змінюється під впливом регуляторних систем клітини, що ро-бить їх імовірнішими модуляторами активності Са 2+ -помпи ПМ [35]. Загалом, поміж перелічених сполук фосфатидилінозитол-4,5-бісфосфат є найефективнішим стимулятором помпи [8,30]. Таким чином, РІР 2 важливий для збереження активності Са 2+ -помпи ПМ у клітинах у стані спокою, коли концентрація вільного Са 2+ є низь-кою та стимуляція кальмудуліном є мінімальною [8,30,66].…”