vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ18.357vavilov-1453Research ArticleРЕПРОДУКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИPHYSIOLOGICAL GENETICSИзменение экспрессии актин-связывающих белков в почке при дегидратацииChanging of expression actinbinding proteins in the kidney under dehydrationХегайИ. И.KhegayI. I.

Новосибирск

Novosibirsk

khegay@bionet.nsc.ruФедеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RASRussian Federation201807042018222261264Copyright © Хегай И.И., 20182018Хегай И.И.Khegay I.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/1453

Актин относится к основным структурным белкам эукариотов. В отличие от мышечного альфа-актина бета-актин экспрессируется во всех типах клеток. В немышечных клетках наблюдается постоянная реорганизация актинового цитоскелета. Фибриллярный актин, собранный из глобулярных мономеров, взаимодействует с актин-связывающими белками. Альфа-актинин формирует поперечные сшивки в актиновой фибриллярной сети, а также концентрируется в области фокальных контактов. Тропомиозин относится к регуляторным компонентам бета-актина и за счет продольной укладки молекулы в бороздку актинового микрофиламента стереохимически экранирует сайты других актин-связывающих белков. Важнейшей функцией актинового цитоскелета рассматривается участие в транспортировке везикул с аквапоринами второго типа в главных клетках эпителия собирательных трубок мозгового вещества почки. Вазопрессин стимулирует выход тетрамеров аквапоринов из цитоплазматических депо в апикальную плазматическую мембрану. Участие и роль отдельных белков цитоскелета в процессе встраивания аквапоринов и организации дополнительных пор для воды слабо изучено в молекулярной физиологии почки. Исследована реактивность белков актинового цитоскелета на осморегулирующее действие продолжительной гидратации и дегидратации у крыс в зависимости от наличия или отсутствия в геноме активно экспрессирующегося гена вазопрессина. Нами установлено, что эффективность концентрирующей системы почки, регулируемой вазопрессином, зависит от экспрессии актин-связывающих белков в мозговом веществе почки. На фоне стабильного уровня внутриклеточного бета-актина наблюдается изменение экспрессии альфа-актинина и тропомиозина. Дегидратация организма сопровождается существенным снижением альфа-актинина. В отсутствие вазопрессина снижение альфа-актинина имеет меньшую амплитуду. Наличие в геноме нормального гена вазопрессина, независимо от транзиторного уровня экспрессии и секреции гормона, является фактором более низкого тропомиозина в почке. Наиболее вероятным молекулярным механизмом изменения экспрессии генов альфа-актинина и тропомиозина может быть трансдукция V2-опосредованного гормонального сигнала вазопрессина на протеинкиназу А, фосфорилирование цАМФ-респонсивного транскрипционного фактора CREB и внутриядерное взаимодействие CREB с генными CRE-сайтами чувствительности к нему.

Actin is related to main structural proteins in eukaryotes. In opposite to muscle alpha-actin, beta-actin is expressing in all types of cells. The constant reorganization of actin cytoskeleton takes place in non-muscle cells. Fibrillar actin, organized by globular monomers, interacts with the actin-binding proteins. Alpha-actinin forms a transverse links in actin fibrillar network, as well as concentrates in the fields of focal contacts. Tropomyosin is related to regulatory components of beta-actin, and due to the expense of longitudinal localization of the molecule in the groove of actin microfilament, stereochemically shields the sites of other actin-binding proteins. The most important function of actin cytoskeleton is the participation in the transportation of vesicles with aquaporins of second type in principal cells of an epithelium of collecting ducts in renal medulla. Vasopressin is stimulating the release of aquaporin tetramers from cytoplasmic store to apical plasmatic membrane. The participation and role of separate cytoskeleton proteins in the process of aquaporin trafficking and forming additional pores for water stays a poorly studied place in the molecular physiology of kidney. We explored the osmoregulatory action of prolonged hydration and dehydration on the protein composition of actin cytoskeleton in rats depending on the presence or absence of the actively expressing vasopressin gene in the genome. We found that the efficiency of the renal concentrating system, controlled by vasopressin, depends on expression of actin-binding proteins in the renal medulla. On the background of a stable level of inner cellular beta-actin, a change of expression an alpha-actinin and tropomyosin is observed. Dehydration of the organism is accompanied by essential reducing of alpha-actinin. In the absence of vasopressin, reduction of alpha-actinin has a smaller amplitude. The presence of the normal vasopressin gene in the genome, regardless of transitory expression level and secretion of hormone, is a factor of lower tropomyosin in the kidney. The most probable molecular mechanism of changing the expression of the genes for alpha-actinin and tropomyosin is transduction of the V2-mediated vasopressin hormonal signal to protein kinase A, phosphorylation of the cAMPresponsible transcriptional factor CREB, and nuclear CREB interaction with gene CRE sites sensitive to it.

вазопрессинпочкаконцентрирующая системадегидратацияактиновый цитоскелетвестерн-иммуноблоттингбета-актинальфа-актининтропомиозинvasopressinkidneyrenal concentrating systemdehydrationactin cytoskeletonwestern-immunoblottingbeta-actinalpha-actinintropomyosinReferencesAltarejos J., Montminy M. CREB and the CRTC co-activators: sensors for hormonal and metabolic signals. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2011;12(3):141-151. DOI 10.1038/nrm3072.Altarejos J., Montminy M. CREB and the CRTC co-activators: sensors for hormonal and metabolic signals. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2011;12(3):141-151. DOI 10.1038/nrm3072.DiGiovanni S.R., Nielsen S., Christensen E.I., Knepper M.A. Regulation of collecting duct water channel expression by vasopressin in Brattleboro rat. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994;91(19):8984-8988.DiGiovanni S.R., Nielsen S., Christensen E.I., Knepper M.A. Regulation of collecting duct water channel expression by vasopressin in Brattleboro rat. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994;91(19):8984-8988.Dominguez R., Holmes K.C. Actin structure and function. Annu. Rev. Biophys. 2011;40:169-186. DOI 10.1146/annurev-biophys-042910-155359.Dominguez R., Holmes K.C. Actin structure and function. Annu. Rev. Biophys. 2011;40:169-186. DOI 10.1146/annurev-biophys-042910-155359.Ginetsinski A.G., Vasilyeva V.F., Zaks M.G., Natochin J.V., Sokolova M.M. Methods of investigation of the osmoregulatory system in fish. Rukovodstvo po metodike issledovaniy fiziologii ryb [Handbook on Methods of Physiological Studies in Fish]. Moscow: AS USSR Publ., 1962;204-216. (in Russian)Ginetsinski A.G., Vasilyeva V.F., Zaks M.G., Natochin J.V., Sokolova M.M. Methods of investigation of the osmoregulatory system in fish. Rukovodstvo po metodike issledovaniy fiziologii ryb [Handbook on Methods of Physiological Studies in Fish]. Moscow: AS USSR Publ., 1962;204-216. (in Russian)Khegai I.I. Phenotypic expression of the mutant gene diabetes insipidus in rats and criteria of genotyping by phenotype. Russ. J. Genet. 2003;39(1):57-60.Khegai I.I. Phenotypic expression of the mutant gene diabetes insipidus in rats and criteria of genotyping by phenotype. Russ. J. Genet. 2003;39(1):57-60.Knepper M.A. Molecular physiology of urinary concentrating mechanism: regulation of aquaporin water channels by vasopressin. Am. J. Physiol. 1997;272(1):F3-F12.Knepper M.A. Molecular physiology of urinary concentrating mechanism: regulation of aquaporin water channels by vasopressin. Am. J. Physiol. 1997;272(1):F3-F12.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-685.Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970;227(5259):680-685.Mayr B., Montminy M. Transcriptional regulation by the phosphorylation-dependent factor CREB. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001;2(8): 599-609. DOI 10.1038/35085068.Mayr B., Montminy M. Transcriptional regulation by the phosphorylation-dependent factor CREB. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001;2(8): 599-609. DOI 10.1038/35085068.Ribeiro Ede.A., Pinotsis N., Ghisleni A., Salmazo A., Konarev P.V., Kostan J., Sjoblom B., Schreiner C., Polyansky A.A., Gkougkoulia E.A., Holt M.P., Aachmann F.L., Zagrovic B., Bordignon E., Pirker K.F., Svergun D.I., Gautel M., Djinovic-Carugo K. The structure and regulation of human muscle α-actinin. Cell. 2014;159(6):1447- 1460. DOI 10.1016/j.cell.2014.10.056.Ribeiro Ede.A., Pinotsis N., Ghisleni A., Salmazo A., Konarev P.V., Kostan J., Sjoblom B., Schreiner C., Polyansky A.A., Gkougkoulia E.A., Holt M.P., Aachmann F.L., Zagrovic B., Bordignon E., Pirker K.F., Svergun D.I., Gautel M., Djinovic-Carugo K. The structure and regulation of human muscle α-actinin. Cell. 2014;159(6):1447- 1460. DOI 10.1016/j.cell.2014.10.056.Schmale H., Richter D. Single base deletion in the vasopressin gene is the cause of diabetes insipidus in Brattleboro rats. Nature. 1984; 308(5961):705-709.Schmale H., Richter D. Single base deletion in the vasopressin gene is the cause of diabetes insipidus in Brattleboro rats. Nature. 1984; 308(5961):705-709.Seret G., Cañas F., Pougnet-Di Costanzo L., Hanrotel-Saliou C., Jousse-Joulin S., Le Meur Y., Saraux A., Valeri A., Putterman C., Youinou P., Rojas-Villarraga A., Anaya J.M., Renaudineau Y. Antialpha-actinin antibodies are part of the anti-cell membrane antibody spectrum that characterize patients with lupus nephritis. J. Autoimmun. 2015;61(1):54-61. DOI 10.1016/j.jaut.2015.05.009.Seret G., Cañas F., Pougnet-Di Costanzo L., Hanrotel-Saliou C., Jousse-Joulin S., Le Meur Y., Saraux A., Valeri A., Putterman C., Youinou P., Rojas-Villarraga A., Anaya J.M., Renaudineau Y. Antialpha-actinin antibodies are part of the anti-cell membrane antibody spectrum that characterize patients with lupus nephritis. J. Autoimmun. 2015;61(1):54-61. DOI 10.1016/j.jaut.2015.05.009.Sjоblom B., Salmazo A., Djinovic-Carugo K. α-Actinin structure and regulation. Сell. Mol. Life Sci. 2008;65(17):2688-2701. DOI 10.1007/s00018-008-8080-8.Sjоblom B., Salmazo A., Djinovic-Carugo K. α-Actinin structure and regulation. Сell. Mol. Life Sci. 2008;65(17):2688-2701. DOI 10.1007/s00018-008-8080-8.Smillie L.B. Tropomyosin. Ed. M. Barany. Biochemistry of Smooth Muscle Contraction. San Diego: Acad. Press, 1996;63-90.Smillie L.B. Tropomyosin. Ed. M. Barany. Biochemistry of Smooth Muscle Contraction. San Diego: Acad. Press, 1996;63-90.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.