細胞内酸性化はCa依存的にPLCδ1を介した受容体作動型TRPC4の活性化を促進する

Intracellular acidification facilitates receptor-operated TRPC4 activation through PLCδ1 in a Ca -dependent manner.

• Dhananjay P Thakur
• Qiaochu Wang
• Jaepyo Jeon
• Jin-Bin Tian
• Michael X Zhu

抄録

キーポイント:

TRPC4 カチオンチャネルの活性化には、G タンパク質とホスホリパーゼ-Cδ1 (PLCδ1) の細胞内 Ca による活性化が必要である。G経路の同時刺激はTRPC4のG活性化を促進しますが、細胞内Caの増加では真似できません。G の活性化は、細胞内 pH（pH）がアルカリ性の場合と緩衝液容量が増加した場合には減少した。酸性 pH (6.75-6.25)では、細胞質 Ca の上昇とともに G が介在する TRPC4 の活性化が促進された。これらのデータは、G-PLCβ経路がホスファチジルイノシトール4,5-ビスフォスフェート(PIP )を加水分解することでTRPC4のG活性化を促進し、再生HとCaに支えられた自己増殖型PLCδ1活性の引き金となる最初のプロトンシグナルを生成することを示唆している。今回の研究成果は、G経路とG経路の同時進行による受容体作動型TRPC4の活性化に関する新たなメカニズムを明らかにし、TRPC4の異常な活性化が病理学的条件下でどのようにして細胞損傷を引き起こすのかを明らかにしました。

KEY POINTS: Receptor-operated activation of TRPC4 cation channels requires G proteins and phospholipase-Cδ1 (PLCδ1) activation by intracellular Ca . Concurrent stimulation of the G pathway accelerates G activation of TRPC4, which is not mimicked by increasing cytosolic Ca . The kinetic effect of G was diminished by alkaline intracellular pH (pH ) and increased pH buffer capacity. Acidic pH (6.75-6.25) together with the cytosolic Ca rise accelerated G -mediated TRPC4 activation. Protons exert their facilitation effect through Ca -dependent activation of PLCδ1. The data suggest that the G -PLCβ pathway facilitates G activation of TRPC4 through hydrolysing phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP ) to produce the initial proton signal that triggers a self-propagating PLCδ1 activity supported by regenerative H and Ca . The findings provide novel mechanistic insights into receptor-operated TRPC4 activation by coincident G and G pathways and shed light on how aberrant activation of TRPC4 may occur under pathological conditions to cause cell damage.

要旨:

一過性受容体電位カノニカル4（TRPC4）は、Gタンパク質を介してシグナルを伝達する受容体の下流で活性化された非選択的なカチオンチャネルを形成している。最近の研究では、TRPC4チャネルは百日咳毒素に敏感なGタンパク質に特に結合しており、ホスホリパーゼCδ1 (PLCδ1)に共依存していることが示唆されています。TRPC4の活性化は、PLCによって加水分解される基質であるホスファチジルイノシトール4,5-ビスフォスフェート(PIP )と細胞内Ca に二重に依存し、二峰性に制御されています。PLC 媒介の PIP 加水分解の副産物として、プロトンはショウジョウバエの TRP チャネルの活性化に重要な役割を果たすことが示されています。しかし、細胞内pHが哺乳類のTRPCチャネルにどのように影響するかは不明のままである。ここでは、マウスTRPC4βとG-共役μオピオイド受容体を異種発現させたHEK293細胞のパッチクランプ記録を用いて、Gを介したTRPC4活性化における細胞内プロトンの役割を調べた。その結果、酸性の細胞質pHは最大電流密度を変化させることなくTRPC4の活性化速度を大幅に加速し、この効果は細胞内Ca上昇に依存していることがわかった。しかし、プロトンがTRPC4に直接作用してチャネル活性化を促進することはなかった。さらに、プロトンがPLCδ1のCaに対する感作を介してその効果を発揮し、それがPLCδ1の活性を促進し、正のフィードバック機構を介してTRPC4をさらに増強することを実証した。ここで明らかになったメカニズムは、GとGの共刺激がいかにしてG単独の活性化よりも速いTRPC4の活性化を誘導するかを説明するのに役立ち、TRPC4のゲーティングにおけるPLCδ1の重要な役割を改めて強調するものである。

ABSTRACT: Transient Receptor Potential Canonical 4 (TRPC4) forms non-selective cation channels activated downstream from receptors that signal through G proteins. Our recent work suggests that TRPC4 channels are particularly coupled to pertussis toxin-sensitive G proteins, with a co-dependence on phospholipase-Cδ1 (PLCδ1). The G -mediated TRPC4 activation is dually dependent on and bimodally regulated by phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP ), the substrate hydrolysed by PLC, and intracellular Ca . As a byproduct of PLC-mediated PIP hydrolysis, protons have been shown to play an important role in the activation of Drosophila TRP channels. However, how intracellular pH affects mammalian TRPC channels remains obscure. Here, using patch-clamp recordings of HEK293 cells heterologously co-expressing mouse TRPC4β and the G -coupled μ opioid receptor, we investigated the role of intracellular protons on G -mediated TRPC4 activation. We found that acidic cytosolic pH greatly accelerated the rate of TRPC4 activation without altering the maximal current density and this effect was dependent on intracellular Ca elevation. However, protons did not accelerate channel activation by directly acting upon TRPC4. We additionally demonstrated that protons exert their effect through sensitization of PLCδ1 to Ca , which in turn promotes PLCδ1 activity and further potentiates TRPC4 via a positive feedback mechanism. The mechanism elucidated here helps explain how G and G co-stimulation induces a faster activation of TRPC4 than G activation alone and highlights again the critical role of PLCδ1 in TRPC4 gating.

© 2020 The Authors. The Journal of Physiology © 2020 The Physiological Society.