Signal transduction and calcium sensitivity of smooth muscle contraction

Abstract: Popular Abstract in Swedish Glatt muskulatur ingår i flera fysiologiskt viktiga organsystem och är involverade i flera sjukdomsprocesser. Glatt muskelkontraktion regleras av variationer i intracellulärt calcium; höjda nivåer aktiverar kinaset MLCK som fosforylerar myosin och initierar kontraktion. Myosin fosfatas (MLCP) avfosforylerar myosin vilket leder till relaxation. Flera intracellulära signalvägar påverkar denna fosforyleringsprocess genom att justera kontraktionens kalciumkänslighet, framförallt genom påverkan på MLCP-aktiviteten. Ett genomgående tema i denna avhandling har varit att studera några av dessa signalvägar och försöka ta reda på dess cellulära mekanismer och fysiologiska roll. I arbete I visar vi med hjälp av kalciummätningar med Fura-2 att den cell permeabla cGMP-analogen 8-Br-cGMP relaxerar glatt tarmmuskulatur genom att de intracellulära kalciumnivåerna sänks, men även genom att sänka systemets kalciumkänslighet. Genom att använda möss som saknar genen för cGMP-aktiverat kinas (cGK) i glatt muskel, kunde vi visa att cGMP relaxationen beror på aktivering av cGK. Vi visade genom att använda ?-toxin från staphylococcus aureus att cGMP nedreglerar kalciumkänsligheten och inducerar relaxation i koncentrationer i nanomolar nivå. Korsaktivering av cAMP aktiverat kinas (PKA) krävde tusenfaldigt högre koncentrationer. I arbete II påvisade vi en ny relaxationsmekanism för cGK som relaxerar glatt muskel genom att sänka dess kalciumkänslighet och sänka fosforyleringsgraden av det MLCPreglerande proteinet CPI-17. I arbete III undersökte vi subenhetexpressionen av MLCP i hypertrof glatt tarmmuskelvävnad. En ökning i ration mellan CPI-17 och MLCPs katalytiska subenhet kunde associeras med ökade svar vid aktivering av protein kinas C (PKC), Rho kinas (ROCK) cGK signalvägarna. Hypertrof vävnad hade ökad agonistkänslighet, vilket tyder på att de förändrade intracellulära signalvägarna leder till ökad retbarhet i tarmen. I arbete IV undersökte vi vilken roll förändrad kalciumkänslighet har i upprätthållandet av den toniska fasen i agonistmedierade kärlkontraktioner. Genom att ersätta kalcium med strontium fann vi att en ökning av kalciumkänsligheten inte är tillräcklig för att upprätthålla denna toniska fas som istället upprätthålls med hjälp av en kalciumspecifik mekanism som depolariserar cellmembranet. Signalvägarna som påverkar kalciumkänslighet är beroende av att signalmolekylerna kan kopplas samman och signalöverföring ske. Strukturer som föreslagits vara dockningsplattformar för flera av signalvägarna som påverkar kalciumkänslighet är caveolae. I arbete V hade vi tillgång till möss som helt saknar det caveolaestabiliserande proteinet caveolin-1. Vi kunde visa att dessa möss helt saknar caveolae. Receptorsvar efter stimulering med endothelin-1 var attenuerade i avsaknad av caveolin-1 och caveolae. Ökningen i kalciumkänslighet efter aktivering av Rho kinas respektive protein kinas C signalvägarna var emellertid helt oförändrad, vilket tyder på att caveolae främst är viktiga för att reglera de intracellulära kalciumnivåerna i den glatta muskulaturen.