Functional differences of Na+/Ca2+ exchanger expression in Ca2+ transport system of smooth muscle of guinea pig stomach

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Abstract:

The plasma membrane ATP-dependent Ca2+ pump and the Na+/Ca2+ exchanger (NCX) are the major means of Ca2+ extrusion in smooth muscle. However, little is known regarding distribution and function of the NCX in guinea pig gastric smooth muscle. The expression pattern and distribution of NCX isoforms suggest a role as a regulator of Ca2+ transport in cells. Na+ pump inhibition and the consequent to removal of K+ caused gradual contraction in fundus. In contrast, the response was significantly less in antrum. Western blotting analysis revealed that NCX1 and NCX2 are the predominant NCX isoforms expressed in stomach, the former was expressed strongly in antrum, whereas the latter displayed greater expression in fundus. Isolated plasma membrane fractions derived from gastric fundus smooth muscle were also investigated to clarify the relationship between NCX protein expression and function. Na+-dependent Ca2+ uptake increased directly with Ca2+ concentration. Ca2+ uptake in Na+-loaded vesicles was markedly elevated in comparison with K+-loaded vesicles. Additionally, Ca2+ uptake by the Na+- or K+-loaded vesicles was substantially higher in the presence of A23187 than in its absence. The result can be explained based on the assumption that Na+ gradients facilitate downhill movement of Ca2+. Na+-dependent Ca2+ uptake was abolished by the monovalent cationic ionophore, monensin. NaCl enhanced Ca2+ efflux from vesicles, and this efflux was significantly inhibited by gramicidin. Results documented evidence that NCX2 isoform functionally contributes to Ca2+ extrusion and maintenance of contraction-relaxation cycle in gastric fundus smooth muscle.Key words: stomach, smooth muscle, Na+/Ca2+ exchanger (NCX), NCX2.

La pompe à Ca2+ dépendante de l'ATP et l'échangeur Na+/Ca2+ (NCX) de la membrane plasmique sont les principaux mécanismes d'expulsion du Ca2+ dans le muscle lisse. Toutefois, on sait peut de chose sur la distribution et la fonction de NCX dans le muscle lisse gastrique du cobaye. Le profil d'expression et la distribution des isoformes de NCX suggèrent un rôle comme régulateur du transport de Ca2+ dans les cellules. L'inhibition de la pompe à Na+ et l'élimination de K+ qui en découle ont entraîné une contraction graduelle dans le fundus. À l'opposé, la réponse a été nettement plus faible dans l'antre. Une analyse par transfert de type Western a révélé que NCX1 et NCX2 sont les isoformes majeures de NCX exprimées dans l'estomac; la première a été fortement exprimée dans l'antre, alors que la seconde l'a été davantage dans le fundus. Des fractions isolées de la membrane plasmique, provenant du muscle lisse du fundus gastrique, ont aussi été examinées pour comprendre la relation entre l'expression et la fonction des protéines NCX. La capture de Ca2+ dépendante de Na+ a augmenté directement avec la concentration de Ca2+. La capture de Ca2+ dans les vésicules chargées en Na2+ a augmenté de manière significative comparativement à celle des vésicules chargées en K+. De plus, la capture de Ca2+ par les vésicules chargées en Na+ ou en K+ a été significativement plus élevée en présence de l'ionophore A23187 qu'en son absence. On peut expliquer le résultat en se basant sur l'hypothèse que les gradients de Na+ facilitent le transport passif de Ca2+. La capture de Ca2+ dépendante du Na+ a été supprimée par l'ionophore cationique monovalent, monensine. Le NaCl a stimulé l'efflux de Ca2+ des vésicules, et cet efflux a été inhibé de manière significative par la gramicidine. Les résultats sont venu attester les observations que l'isoforme NCX2 contribue fonctionnellement à l'expulsion du Ca2+ et au maintien du cycle excitation-contraction dans le muscle lisse du fundus gastrique.Mots clés : estomac, muscle lisse, échangeur Na+/Ca2+ (NCX), NCX2.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2005

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