Calcium release activated membrane channels of osteoblast-like cells: targets and entrance gates for metal cations?
✍ Scribed by M. Wiemann; D. Bingmann
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 1999
- Tongue
- English
- Weight
- 168 KB
- Volume
- 30
- Category
- Article
- ISSN
- 0933-5137
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✦ Synopsis
Enossal metal implants release ions which alter e. g. the Ca 2based signaling of bone cells. One crucial element of this Ca 2 signaling is the calcium release activated calcium flux (CRAC) which is involved in the refilling of the cell's intracellular Ca 2 stores (ICS). Properties of this CRAC were studied in cultured osteoblast-like (OBL) cells using the Ca 2 sensitive fluorescent dye fura-2. CRAC channels were opened by depleting ICS in the absence of extracellular calcium ([Ca 2 ] e ) by either thapsigargin (5 lM) or 4-bromo-A23187 (2 lM). Elevation of [Ca 2 ] e to 1.8 mM then increased the free intracellular Ca 2 ([Ca 2 ] i ). This Ca 2 influx was a typical CRAC and could be blocked by flufenamic acid (100 lM) which is a characteristic inhibitor of cation channels with low selectivity. Induction of CRAC enhanced the influx of extracellular Mn 2 (2 mM) 4.3fold, as measured by quenching of flura-2 fluorescence. Ni 2 , on the one hand, potentiated the immediate CRAC while, on the other hand, it reversibly inhibited Ca 2 influx at a later stage. Similarly, Pb 2 (b 5 lM) dose dependently inhibited the immediate CRAC. Using the high affinity of fura-2 to Pb 2 and the resulting Ca 2 binding-like change of the optical signal, the permeation of Pb 2 into OBL cells could be detected. This binding could be reversed by the cell permeant heavy metal chelator N,N,N H ,N H -tetrakis(2-pyridylmethyl)-ethylenediamine (TPEN). At the single cell level, the permeation of Pb 2 correlated with increasing amounts of CRAC. Even low concentrations of Pb 2 (1 lM), which have been found in the blood of human individuals, clearly increased the fura-2 signal. These results highlight CRAC channels of OBL cells as a possible entrance gate and / or a target for metal ions which may be released from metal implant materials.
Enossale Metal-Implantate setzen Ionen frei, die u. a. die Ca 2vermittelte Signalausbreitung von Knochenzellen modifizieren ko Ènnen. Ein wichtiges Element innerhalb dieser Ca 2 -Signalausbreitung ist der Kapazitative-Calcium-Strom (CRAC), der an der Fu Èllung intrazellula Èrer Ca 2 -Speicher (ICS) beteiligt ist. Eigenschaften dieses CRAC wurden an kultivierten Osteoblasten mit Hilfe des Calcium-sensitiven Farbstoffs Fura-2 untersucht. Die entsprechenden CRAC-Kana Èle wurden geo Èffnet, indem zuna Èchst die ICS der OBL-Zellen unter Calcium-freien Bedingungen mit Thapsigargin (5 lM) oder mit 4-Bromo-A23187 (2 lM) geleert wurden. Eine anschlieûende Erho Èhung der extrazellula Èren Calcium-Konzentration auf 1,8 mM fu Èhrte durch den Influx von Ca 2 zur Erho Èhung des intrazellua Ère Ca 2 -Spiegels. Der so ausgelo Èste und fu Èr einen CRAC typische Ca 2 Influx konnte durch Flufenamat, einen Inhibitor wenige selektiver Kationen-Kana Èle, gehemmt werden. Durch Auflo Èsen des CRAC wurde der Influx von extrazellula Èr zugegebenem Mn 2 um den Faktor 4,3 vergro Èûert, was durch Auslo Èschung (¹Quenchingª) der Fura-2-Fluoeszenz ermittelt wurde. Durch Ni 2 (1 mM) wurde der fru Èhe CRAC einerseits potenziert, wa Èhrend andererseits der langanhaltende, CRAC-bedingte Ca 2 -Influx reversibel unterdru Èckt wurde. In a Èhnlicher Weise verminderte Pb 2 dosisabha Èngig (5 ± 12,5 lM) den fru Èhen CRAC. Da das Fura-2 Moleku Èl eine hohe Affinita Èt fu Èr Pb 2 hat ± was eine Ca 2 -a Èhnliche A È nderung des optischen Signals bedingt ± konnte die Permeation von Pb 2 -Ionen auf der Ebene einzelner OBL-Zellen direkt verfolgt werden. Die dabei auftretenden A È nderungen des optischen Signals konnte durch den membranga Èngigen Schwermetallchelator N,N,N H ,N H -tetrakis(2-Pyridylmethyl)-ethylenediamin (TPEN) wieder ru Èckga Èngig gemacht werden. Die so gemessene Permeation des Pb 2 war ± auf Ebene einzelner Zellen ± positiv korreliert mit der Auspra Ègung des CRAC. Selbst Konzentration von 1 lM, die auch im Blut von Patienten gefunden werden ko Ènnen, bewirkten messbare A È nderungen des Fura-2-Signals. Diese Ergebnisse zeigen die Bedeutung des Kapazitativen-Calcium-Stroms von Knochenzellen und deuten daraufhin, daû CRAC-Kana Èle Angriffsort und Eintrittsstelle fu Èr Metallionen sind, die aus metallischen Implantaten abgegeben werden.