Multiple effects of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase mutations associated with Darier's disease on cellular calcium signaling

Abstract

[한글]

Sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) pump는 세포질의 칼슘을 세포내 저장소로 이동시켜 세포질의 칼슘농도가 낮게 유지시키고 여러 자극에 의하여 세포 칼슘신호가 일어날 수 있게 하는데 중요한 역할을 하고 있다. 최근 제2형 Sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA2) pump를 발현하는 ATP2A2에 유전적 변이가 생기면 Darier병이 발생함이 밝혀졌다. Darier병은 상염색체 우성으로 유전되는 피부질환으로 이 질환의 피부병리 소견은 각질세포 사이의 세포간결합을 잃는 acantholysis와 비정상적인 각질화이다. 본 연구에서는 Darier병 환자에서 발견한 12개의 돌연변이 SERCA를 HEK 293 세포주에 transfection하여 여러 성질을 규명하였다. 각 돌연변이 유전자는 다양한 양의 단백질을 발현하였고, 이는 부분적으로는 proteasome에 의한 단백분해 때문에 일어난 현상이었다. 모든 돌연변이 SERCA는 야생형 SERCA보다 작은 활성을 보였으며 다섯개의 돌연변이 SERCA는 HEK 293 세포주의 내재한 SERCA혹은 같이 transfection한 야생형 SERCA를 억제하였다. 작은 SERCA 활성을 가진 돌연변이에서는 내형질세망의 칼슘도 적었다. 이러한 억제의 가능한 기전을 규명하고자 SERCA의 passive leak, IP3 수용체의 감수성 및 야생형 SERCA의 단백 발현을 측정하였으나 돌연변이 SERCA가 이러한 차이를 유발하지는 않았다. 그러나 면역침전반응으로 두개의 SERCA 단백질이 서로 결합한다는 것을 발견하였으며 이는 돌연변이 SERCA가 야생형 SERCA에 결합하여 그 기능을 억제하고 있을 가능성이 높음을 뜻한다. 본 연구의 결과 SERCA가 dimer 혹은 그 이상의 단백복합체로 작용하고 있으며 SERCA에 의해 고농도로 유지되는 내형질세망 칼슘이 세포간결합에 있어서 중요한 역할을 한다.

[영문]

Darier''s disease (DD) is an autosomal dominant skin disorder characterized by loss of adhesion between epidermal cells (acantholysis) and abnormal keratinization. Recently, mutations in the ATP2A2 gene encoding a Ca2+-ATPase pump of the sarco endoplasmic reticulum (SERCA2) have been discovered as the cause of DD. In the present work twelve DD-causing SERCA2b mutations were selected to study the underlying pathologic mechanisms of DD and to elucidate the role of SERCA2b in calcium signaling. Most mutations markedly affected protein expression, partially due to enhanced proteasome-mediated degradation. When SERCA activity was measured in mutant-transfected cells, all DD-causing mutants showed lower activity than the wild type SERCA2b. Several mutants that cause relatively severe phenotype of DD inhibited endogenous and the co-transfected wild type SERCA2b activity. These effects were not due to changes in passive leak, IP3 receptor activity or sensitivity to IP3. In co-immunoprecipitation experiments, SERCA2b monomers interact to influence the activity of each other. These findings reveal the importance of SERCA2b dimerization and ER Ca2+ in physiologic cellular function and pathogenesis of DD.