反义ClC-3寡核苷酸对thapsigargin触发的Ca2+ 运动的影响

来源:岁月联盟 作者:张海宁 时间:2010-07-13

【摘要】  研究反义ClC-3寡核苷酸对Thapsigargin (TG)触发的Ca2+ 运动的影响。【方法】 在PC12 细胞中转染反义ClC-3寡核苷酸,利用生物荧光影像分析系统测定胞浆Ca2+ 技术探讨ClC-3寡核苷酸对TG触发的Ca2+ 运动的影响。【结果】 与对照组相比,反义寡核苷酸转染对TG触发的PC12细胞静息[Ca2+]i的Ratio值和Ca2+ 释放量的Ratio值无显著影响(P>0.05)。但使Ca2+ 内流量明显升高(P<0.05)。Ca2+ 池操纵性Ca2+ 通道(store-operated Ca2+ channels, SOCC)阻断剂SK&F96365可以浓度依赖的抑制TG触发的PC12细胞Ca2+ 内流,但与随义、正义寡核苷酸转染组相比, SK&F96365对反义转染组细胞Ca2+ 内流的抑制作用明显增强(P<0.05)。【结论】 ClC-3蛋白参与TG触发的Ca2+ 池操纵的Ca2+ 内流(store-operated Ca2+ entry,SOCE),但对细胞静息钙水平及钙释放过程没有影响。

【关键词】  反义ClC-3寡核苷酸 钙离子; Thapsigargin 氯通道

  Abstract: 【Objective】 To investigate the effects of ClC-3 chloride channels on the Ca2+ movement induced by thapsigargin (TG) in PC12 cells transfected with ClC-3 oligonucleotides. 【Methods】 The concentration of intracellular free calcium ([Ca2+]i ) expressed as the ratio value (Intensity340 / Intensity380) was determined with Fura-2/AM probe. 【Results】 The results showed that transient transfection of PC12 cells with antisense oligonucleotide specific to ClC-3 caused a significant increase in TG-induced Ca2+ influx compared with that in control cells, and cells transfected with lipofectamine, missense or sense oligonucleotide, whereas the [Ca2+]i at resting level and at peak level were not different among all groups(P>0.05). SK&F96365, a blocker for store-operated calcium channels (SOCC), inhibited the Ca2+ influx induced by 1.0 ?滋mol/L thapsigargin in PC12 cells in a concentration-dependent manner. The inhibitory effect of SK&F96365 on Ca2+ influx was enhanced by antisense oligonucleotide as compared with Lipofectamine, sense or missense oligonuclotide. 【Conclusion】 ClC-3 chloride channels was involved in TG-induced store-operated Ca2+ entry(SOCE), but had no effects on the [Ca2+]i at resting level and Ca2+ release from Ca2+ stores.

  Key words: ClC-3 antisense oligonucleotide; Ca2+; Thapsigargin; chloride channel

  作为胞内重要的第二信使,Ca2+ 及其介导的Ca2+ 信号在体内参与细胞分泌、分化、增殖、收缩、凋亡等多种生理过程的调节。多种信号刺激可以引发胞内Ca2+ 水平的改变。胞内Ca2+ 池的Ca2+ 释放和胞外的Ca2+ 内流都可以引起[Ca2+]i的升高;但胞外的Ca2+ 内流是引起[Ca2+]i持续升高的关键因素。而细胞膜上不同种类的Ca2+ 通道是控制Ca2+ 内流的主要途径。细胞膜的Ca2+ 通道主要分为电压依赖性Ca2+ 通道(voltage-dependent Ca2+ channels;VDCC)和受体操纵性Ca2+ 通道(receptor-operated Ca2+ channels;ROCC)两大类[1]。VDCC是指能随着膜电位的变化而开闭的一类Ca2+ 通道。ROCC则是指与膜受体激活有关的Ca2+ 通道。在ROCC的钙内流中,与Ca2+ 池耗竭有关的Ca2+ 内流方式称之为Ca2+池操纵性Ca2+内流(store-operated Ca2+ entry, SOCE),其相应的Ca2+ 内流通道称为Ca2+ 池操纵性Ca2+通道(store-operated Ca2+ channels,SOCC)[2,3]。多种因素参与对Ca2+ 内流的调节,近年来的研究显示, Cl-通道通过对膜极化状态的调节参与了VDCC、ROCC的开放过程。本室近年的研究也表明,Cl-通道也与SOCC的Ca2+内流有关。PC12细胞属于兴奋性细胞,胞膜上存在ROCC及多种类型的VDCC[4]。研究显示,耗竭胞内Ca2+ 池在该细胞上也可以引起经SOCC的Ca2+ 内流[5]。Cl-通道是否参与此SOCE尚不清楚。本实验观察了反义ClC-3寡核苷酸对TG触发的Ca2+ 运动的影响。

  1 材料和方法

  1.1  药品、试剂及仪器

  RPMI 1640、 LIPOFECTAMINE 2000购于Invitrogen公司。马血清、小牛血清分别购于Hyclone和杭州四季青公司。胰蛋白酶、HEPES、thapsigargin购于Sigma公司。Fura-2/AM、牛血清白蛋白(BSA)购自Borhringer Mannheim公司。硫代磷酸化修饰的ClC-3寡核苷酸片段由上海生物工程公司合成并纯化。

  CO2培养箱(Forma Scientific,USA),倒置相差显微镜(重庆光学仪器厂),高速低温离心机(Heraeus),生物荧光影像分析系统,影像捕获和处理用Metafluor软件(美国Universal imaging公司)。

  1.2  细胞培养及药物处理

  PC12细胞常规培养于含100 mL/L马血清、50 mL/L小牛血清,青霉素、链霉素各25 kU/L的RPMI 1640培养基,置于37 ℃、饱和湿度、体积分数5% CO2培养箱中培养。实验时细胞以70% ~ 90%密度接种于Poly-L-Lysine包被的35 mm培养皿,接种24 h后细胞分别用50 mg/L 的反义、正义、随义ClC-3寡核苷酸及Lipofectamine 2000进行转染,转染48 h进行指标测定。

  1.3  Fura-2/AM荧光测定单细胞[Ca2+]i变化

  取正常及转染细胞,弃去培养液,用BSS缓冲液(mmol/L:NaCl 130.0, KCl 5.0, MgCl2 1.0, CaCl2 1.5,HEPES 20.0,Glucose 10.0,pH 7.4)冲洗1次,以Fura-2/AM荧光染料(终浓度2 ?滋mol/L,用BSS缓冲液配制)室温下避光负载30 min。恒温用生物荧光双波长影像分析系统进行荧光测定。激发波长为340和380 nm,发射波长为510 nm,采集数据的时间间隔为1 s。用MetaFluor软件自动分析每个细胞的荧光强度变化并记录,单个细胞内Ca2+浓度的变化以Intensity340/Intensity380(I340/I380)的比值(Ratio值)来表示,此比值与细胞[Ca2+]i变化成正相关。所有试剂在有效剂量范围内都经证明不产生荧光干扰。

  1.4  统计分析

  结果用x±s表示,用方差分析进行统计判断。由SPSS11.5软件完成。

  激动剂对Ca2+ 释放的增强率(%)=(加药后峰的Ratio值-静息Ratio值)/ 静息Ratio值×100%

  激动剂对Ca2+ 内流的增强率(%)=(加药后平台的Ratio值-静息Ratio值)/ 静息Ratio值×100%

  阻断剂对Ca2+ 内流的抑制率(%)=(加阻断剂后的Ratio值-加阻断剂前平台的Ratio值)/(加阻断剂前平台的Ratio值-静息Ratio值)×100%

  2 结 果

  2.1  反义ClC-3寡核苷酸对TG触发的PC12细胞Ca2+ 运动的影响

  2.1.1  正常有钙液中,反义ClC-3寡核苷酸对TG触发的PC12细胞Ca2+运动的影响 

  在正常含钙液中,1.0 ?滋mol/L TG可引起[Ca2+]i从静息状态上升至峰值(Ca2+ 释放相),随后维持在较高水平(Ca2+内流相)。未转染和转染了10 mg/L空脂质体、50 mg/L的随义、正义和反义寡核苷酸的PC12细胞静息[Ca2+]i的Ratio值和Ca2+ 净释放量的Ratio值相互间无显著性差异(n=30, P>0.05)。各组细胞Ca2+ 内流量的Ratio值分别为0.879±0.042、 0.876±0.036、 0.876±0.040、 0.881±0.038和0.894±0.046。Ca2+ 内流量分别增加9.2%±2.3%、 9.2%±3.1%、 9.3%±2.8%、 9.2%±2.9%和10.9%±2.4%,反义组与其它组相比Ca2+ 内流量有所升高(n=30,P<0.05;图1,表1)。

  2.1.2    无钙液中,反义ClC-3寡核苷酸对TG触发的PC12细胞Ca2+  运动的影响  

  在无钙液中,1.0 ?滋mol/L TG可引起[Ca2+ ]i升高,随后降低到基线水平,复Ca2+ 后引起一持续Ca2+ 内流过程。未转染和转染了10 mg/L空脂质体、50 mg/L随义、正义和反义寡核苷酸的PC12细胞Ca2+ 释放量相互间无显著性差异(n=35,P>0.05)。Ca2+ 内流量分别为11.9%±1.2%、 12.0%±2.3%、 11.8%±3.7%、 11.9%±3.6%和22.2%±4.3%。反义组与其它组相比,Ca2+内流量明显升高(n=35,P<0.01;图2,表2)。

  2.2  SK&F96365对反义ClC-3寡核苷酸转染的细胞Ca2+内流的影响

  为了进一步证实内源性ClC-3氯通道蛋白表达改变对胞外Ca2+内流产生的影响,采用ROCC和SOCC的阻断剂SK&F96365,观察其对细胞Ca2+内流的作用。结果如表3所示,在未转染和转染了10 mg/L空脂质体、50 mg/L随义、正义和反义寡核苷酸的PC12细胞上,5 ~20 ?滋mol/L SK&F96365可以浓度依赖性地抑制1.0 ?滋mol/L TG引起的Ca2+内流,最大抑制率依次为41.0%±9.1%、41.1%±9.8%、40.8%±8.0%、41.6%±7.1%和46.3%±7.4%,SK&F96365在反义组的抑制作用明显高于其它4组(n=30, P<0.05)。

  3 讨 论

  由Ca2+ 池耗竭引起的Ca2+ 内流一般认为是非兴奋性细胞Ca2+ 内流的主要途径。近几年来研究发现,多种兴奋性细胞也存在这种Ca2+ 内流方式。生理情况下,Ca2+ 池耗竭引发的SOCC开放由受体所介导,即细胞膜上与G-蛋白偶联的受体激活后活化磷脂酶C(PLC),分解肌醇磷脂,产生第二信使IP3和二酰基甘油(DAG)。IP3与肌浆网/内质网上的IP3受体结合,引起Ca2+ 池Ca2+ 释放,导致Ca2+ 池耗竭,使细胞膜上的SOCC开放。此外,研究表明内质网/肌浆网Ca2+-ATPase选择性抑制剂TG能不可逆地抑制Ca2+-ATPase,可以在不涉及受体激活和磷脂酰肌醇代谢的条件下直接因漏系统而耗竭Ca2+ 池,引起这种经SOCC的Ca2+ 内流。

  本实验研究了内源性ClC-3蛋白表达降低对静息钙及TG诱导的PC12细胞Ca2+ 运动的影响。由于缺乏特异性的氯通道阻断剂,我们用反义ClC-3寡核苷酸抑制内源性ClC-3蛋白表达。 以往的研究结果显示[6],50 mg/L的反义寡核苷酸转染细胞,在转染后48 h可以明显降低内源性ClC-3蛋白的表达。本次结果表明,在正常含Ca2+ 测定液中,ClC-3寡核苷酸转染PC12细胞后对静息钙及TG引起的Ca2+ 释放均无明显影响;而反义ClC-3寡核苷酸转染使TG引起的Ca2+ 内流增加。提示,ClC-3氯通道对静息Ca2+、Ca2+ 释放过程无影响,但可以影响经SOCC的Ca2+ 内流过程。在正常浓度的胞外Ca2+ 测定液中,TG触发的Ca2+ 释放往往伴随Ca2+ 内流过程,为了进一步观察ClC-3氯通道对Ca2+ 内流的参与程度,实验在不含Ca2+并加有50 ?滋mol/L EGTA的无Ca2+ 液中进行测定,结果与上相符,ClC-3氯通道不参与TG引起的Ca2+ 释放过程,但可以明显影响Ca2+ 内流过程。SK&F96365是目前普遍应用的ROCC和SOCC阻断剂,对多种细胞受体操纵的Ca2+ 内流均有阻断作用。以其为工具药对TG引起的Ca2+ 内流的抑制实验也进一步说明ClC-3氯通道对经SOCC的Ca2+ 内流过程的参与。

  胞内Ca2+ 稳态的维持,是靠细胞膜上的钙通道、交换体及细胞膜和内质网/肌浆网上的钙泵共同完成的。胞外Ca2+ 内流和胞内 Ca2+ 池的Ca2+ 释放引起胞浆游离Ca2+ 浓度升高,可以通过激活胞浆膜、内质网/肌浆网上的Ca2+ 泵主动地将胞浆中的游离Ca2+ 转运出细胞或贮存到肌浆网/内质网的Ca2+ 池中,使[Ca2+]i恢复到静息水平。本次实验结果显示ClC-3蛋白表达水平的改变不影响静息Ca2+ 水平,只影响了TG触发的Ca2+ 内流过程,表明ClC-3氯通道对Ca2+ 泵及转运系统无影响,也不影响胞浆内Ca2+ 池Ca2+ 释放和Ca2+ 池的功能,但它参与了Ca2+ 池的Ca2+ 释放和耗竭引起的胞外Ca2+ 内流过程。

  近年来,本实验室对氯通道参与Ca2+ 运动的调节作了广泛研究。研究结果表明,氯通道阻断剂对不同刺激引起的经VDCC、ROCC、SOCC的Ca2+内流普遍有调节作用,并且在不同细胞上,参与Ca2+ 运动调节的氯通道种类和参与程度可能也不尽相同。由于缺乏特异性的氯通道阻断剂,尚不能确定哪些氯通道与多种Ca2+ 内流通路有关。在HEK293细胞、脑血管平滑肌细胞上的研究结果显示,ClC-3氯通道也参与了HEK293细胞、脑血管平滑肌细胞经SOCC的Ca2+ 内流调控,但与本次实验结果不同的是,反义ClC-3寡核苷酸转染抑制了内源性ClC-3蛋白表达后,可明显抑制HEK293细胞、脑血管平滑肌细胞经SOCC的Ca2+内流。此不一致的结果可能与不同组织细胞ClC-3氯通道不同的细胞定位,及参与的不同的生理功能有关。研究表明,在血管平滑肌上,ClC-3氯通道主要分布于细胞膜,与细胞容积的调节有关[7]。Cl-通道开放可以影响膜电位的极化状态,影响Ca2+ 内流;而在神经细胞,ClC-3氯通道主要定位于核内体及囊泡上[8],很可能作为一个胞内氯通道参与囊泡的酸化作用,其功能缺陷则使递质的摄取过程受到抑制,推测与兴奋性氨基酸介导的病理过程有关。这些差异提示在不同的组织、器官,ClC-3氯通道对Ca2+ 运动的调节存在复杂的机制,有待于做深入的研究。

【】
   Jude JA, Wylam ME, Walseth TF et al. Calcium signaling in airway smooth muscle[J]. Proc Am Thorac Soc,2008,5(1):15-22.

  McFadzean I, Gibson A. The developing relationship between receptor-operated and store-operated calcium channels in smooth muscle[J]. British Journal of pharmacology, 2002,135(1):1-13.

  Clapham DE. Intracellular calcium replenishing the stores [J]. Nature, 1995, 375(6533): 634-635.

  Shafer TJ, Atchison WD. Methylmercury blocks N-and L-type Ca2+ channels in nerve growth factordifferentiated pheochromocytoma (PC12) cells [J]. J Pharmacol Exp Ther, 1991,258(1):149-157.

  Sela D, Ram E, Atlas D. ATP receptor. A putative receptor-operated channel in PC-12 cells [J]. J Biol Chem, 1991,266(27):17990-17994.

  Zhang HN, Zhou JG, Qiu QY, et al. ClC-3 chloride channel prevents apoptosis induced by thapsigargin in PC12 cells [J]. Apoptosis, 2006,11(3):327-336.

  Zhou JG, Ren JL, Qiu QY et al. Regulation of intracellular Cl- concentration through volume-regulated ClC-3 chloride channels in A10 vascular smooth muscle cells [J]. J Biol Chem, 2005,280(8):7301-7308.

  Salazar G, Love R, Styers ML et al. AP-3-dependent mechanisms control the targeting of a chloride channel (ClC-3) in neuronal and non-neuronal cells [J]. J Biol Chem, 2004, 279(24):25430-25439.