Free Ca2+ in the nucleus can regulate important functions such as gene transcription. But how is the nuclear level of free Ca2+ controlled? In the models that have been proposed so far, Ca2+ simply reaches the nuclear interior from the nuclear envelope (NE) by diffusion — a mechanism that would only allow the nucleus to be regulated uniformly by Ca2+. However, this is not what occurs, so could the nucleus have its own local Ca2+ store? Nathanson and colleagues now provide the answer to this question in Nature Cell Biology
Echevarria, W. et al. Regulation of calcium signals in the nucleus by a nucleoplasmic reticulum. Nature Cell Biol.5, 440-446 (2003) | Article | PubMed | ChemPort |
В SKHep1 эпителиальных клетках, авт. использовали endoplasmic reticulum (ER) краску ER-Tracker, чтобы наблюдать нуклеоплазматический ретикулём — a тонкую, разветвленную внутриядерную сеть, которая является продолжением ER и NE. Они подтвердили присутствие этой структуры, показав, что ER протеин calreticulin распределяется в виде ретикулярного паттерна в ядре, также как и в цитозоле SKHep1 клеток.
Nathanson и др. затем показали, что флюоресцентная Ca2+ окараска также метит эту внутриядерную сеть и они использовали обнаружение флюоресценции после photobleaching, чтобы подтвердить, что окраска была скорее заключена, чем свызана с мембранами. Эти результаты , следовательно, показывают, что имеется ядерная Ca2+-хранящая сеть, которая непрерывна с ER и NE.
Inositol-1,4,5-trisphosphate (InsP3) рецепторы опосредудт передачу сигналов Ca2+ в SKHep1 клетках и авт. нашли, что изоформа type II InsP3 рецептора многочислена в ядрах этих клеток. Эта изоформа экспрессируется частично вдоль нуклеоплазматического ретикулёма, но что же делают эти внутрияденые InsP3 рецепторы?
Авт. разработали новую технику, чтобы ответить на этот вопрос — технику, которая позволила им фотовысвобождать внутриклеточный nitrophenylethyl ester (NPE)-caged InsP3 очень локально в индивидуальных клетках, используя двухфотонное возбуждение. Когда они фотовысвобождали InsP3 в 1 μM yретикулёма, то они выявли небольшое увеличение Ca2+, которое начиналось в нуклеоплазматическом ретикулёме и было наивысшим в месте высвобождения InsP3. Эти данные позволили им сделать заключение, что "...the nucleoplasmic reticulum is an InsP3-gated calcium store that can give rise to local calcium signals in the nuclear interior".
Наконец, Nathanson и др. отслеживали как распределение protein kinase C-γ (PKC-γ), которая содержит Ca2+-чувствительный регеляторный домен, затрагивается с помощью Ca2+. Они фотовысвобождали Ca2+ или в ядре или в цитозоле и исследовали его эффект на распределение green fluorescent protein (GFP)–PKC-γ. Они нашли, что ядерные сигналы Ca2+ меняют распределение ядерного, но не цитозольного GFP–PKC-γ и vice versa, это указывает на то, что ядерные и цитозольные Ca2+ сигналы м. взывать эффекты, независимые один от др.
Итак, было установлено, что "...the nucleus contains a nucleoplasmic reticulum with the capacity to regulate calcium signals in localized subnuclear regions". Это открытие потенциально объясняет, как ядро м. регулировать некоторые независимые др. от др Ca2+-зависимые процессы одновременно и м. указывать на новый уровень контроля Ca2+.