RI
Ryuji Inoue
Author with expertise in Calcium Signaling and Ion Channels in Sensation
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
3
(100% Open Access)
Cited by:
1,434
h-index:
44
/
i10-index:
102
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

The Transient Receptor Potential Protein Homologue TRP6 Is the Essential Component of Vascular α 1 -Adrenoceptor–Activated Ca 2+ -Permeable Cation Channel

Ryuji Inoue et al.Feb 16, 2001
Abstract —The Drosophila transient receptor potential protein (TRP) and its mammalian homologues are thought to be Ca 2+ -permeable cation channels activated by G protein (G q/11 )–coupled receptors and are regarded as an interesting molecular model for the Ca 2+ entry mechanisms associated with stimulated phosphoinositide turnover and store depletion. However, there is little unequivocal evidence linking mammalian TRPs with particular native functions. In this study, we have found that heterologous expression of murine TRP6 in HEK293 cells reproduces almost exactly the essential biophysical and pharmacological properties of α 1 -adrenoceptor–activated nonselective cation channels (α 1 -AR–NSCC) previously identified in rabbit portal vein smooth muscle. Such properties include activation by diacylglycerol; S-shaped current-voltage relationship; high divalent cation permeability; unitary conductance of 25 to 30 pS and augmentation by flufenamate and Ca 2+ ; and blockade by Cd 2+ , La 3+ , Gd 3+ , SK&F96365, and amiloride. Reverse transcriptase–polymerase chain reaction and confocal laser scanning microscopy using TRP6-specific primers and antisera revealed that the level of TRP6 mRNA expression was remarkably high in both murine and rabbit portal vein smooth muscles as compared with other TRP subtypes, and the immunoreactivity to TRP6 protein was localized near the sarcolemmal region of single rabbit portal vein myocytes. Furthermore, treatment of primary cultured portal vein myocytes with TRP6 antisense oligonucleotides resulted in marked inhibition of TRP6 protein immunoreactivity as well as selective suppression of α 1 -adrenoceptor–activated, store depletion–independent cation current and Ba 2+ influx. These results strongly indicate that TRP6 is the essential component of the α 1 -AR–NSCC, which may serve as a store depletion–independent Ca 2+ entry pathway during increased sympathetic activity.
0

Molecular and Functional Characterization of a Novel Mouse Transient Receptor Potential Protein Homologue TRP7

Takaharu Okada et al.Sep 1, 1999
Characterization of mammalian homologues ofDrosophila transient receptor potential protein (TRP) is an important clue to understand molecular mechanisms underlying Ca2+ influx activated in response to stimulation of Gq protein-coupled receptors in vertebrate cells. Here we have isolated cDNA encoding a novel seventh mammalian TRP homologue, TRP7, from mouse brain. TRP7 showed abundant RNA expression in the heart, lung, and eye and moderate expression in the brain, spleen, and testis. TRP7 recombinantly expressed in human embryonic kidney cells exhibited distinctive functional features, compared with other TRP homologues. Basal influx activity accompanied by reduction in Ca2+ release from internal stores was characteristic of TRP7-expressing cells but was by far less significant in cells expressing TRP3, which is structurally the closest to TRP7 in the TRP family. TRP7 induced Ca2+ influx in response to ATP receptor stimulation at ATP concentrations lower than those necessary for activation of TRP3 and for Ca2+ release from the intracellular store, which suggests that the TRP7 channel is activated independently of Ca2+ release. In fact, TRP7 expression did not affect capacitative Ca2+ entry induced by thapsigargin, whereas TRP7 greatly potentiated Mn2+ influx induced by diacylglycerols without involvement of protein kinase C. Nystatin-perforated and conventional whole-cell patch clamp recordings from TRP7-expressing cells demonstrated the constitutively activated and ATP-enhanced inward cation currents, both of which were initially blocked and then subsequently facilitated by extracellular Ca2+ at a physiological concentration. Impairment of TRP7 currents by internal perfusion of the Ca2+ chelator 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid revealed an essential role of intracellular Ca2+ in activation of TRP7, and their potent activation by the diacylglycerol analogue suggests that the TRP7 channel is a new member of diacylglycerol-activated cation channels. Relative permeabilities indicate that TRP7 is slightly selective to divalent cations. Thus, our findings reveal an interesting correspondence of TRP7 to the background and receptor stimulation-induced cation currents in various native systems. Characterization of mammalian homologues ofDrosophila transient receptor potential protein (TRP) is an important clue to understand molecular mechanisms underlying Ca2+ influx activated in response to stimulation of Gq protein-coupled receptors in vertebrate cells. Here we have isolated cDNA encoding a novel seventh mammalian TRP homologue, TRP7, from mouse brain. TRP7 showed abundant RNA expression in the heart, lung, and eye and moderate expression in the brain, spleen, and testis. TRP7 recombinantly expressed in human embryonic kidney cells exhibited distinctive functional features, compared with other TRP homologues. Basal influx activity accompanied by reduction in Ca2+ release from internal stores was characteristic of TRP7-expressing cells but was by far less significant in cells expressing TRP3, which is structurally the closest to TRP7 in the TRP family. TRP7 induced Ca2+ influx in response to ATP receptor stimulation at ATP concentrations lower than those necessary for activation of TRP3 and for Ca2+ release from the intracellular store, which suggests that the TRP7 channel is activated independently of Ca2+ release. In fact, TRP7 expression did not affect capacitative Ca2+ entry induced by thapsigargin, whereas TRP7 greatly potentiated Mn2+ influx induced by diacylglycerols without involvement of protein kinase C. Nystatin-perforated and conventional whole-cell patch clamp recordings from TRP7-expressing cells demonstrated the constitutively activated and ATP-enhanced inward cation currents, both of which were initially blocked and then subsequently facilitated by extracellular Ca2+ at a physiological concentration. Impairment of TRP7 currents by internal perfusion of the Ca2+ chelator 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid revealed an essential role of intracellular Ca2+ in activation of TRP7, and their potent activation by the diacylglycerol analogue suggests that the TRP7 channel is a new member of diacylglycerol-activated cation channels. Relative permeabilities indicate that TRP7 is slightly selective to divalent cations. Thus, our findings reveal an interesting correspondence of TRP7 to the background and receptor stimulation-induced cation currents in various native systems. capacitative Ca2+ entry transient receptor potential protein TRPL, TRP-like kilobase pair polymerase chain reaction rapid amplification of 3′-cDNA ends 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetic acid HEPES-buffered saline N-methyl-d-glucamine 1,2-dioctanoyl-sn-glycerol 1-oleoyl-2-acetyl-sn-glycerol thapsigargin digoxigenin human embryonic kidney N-(4-aminobutyl)-5-chloro-2-naphthalenesulfonamide protein kinase C bisindolylmaleimide I phorbol 12-myristate 13-acetate phospholipase C Receptor stimulation by hormones, neurotransmitters, autacoids, Ca2+, and antigens leads to phospholipase C activation via Gq protein or protein kinases. It has been recognized that subsequent hydrolysis of phosphoinositides is linked to Ca2+ influx across the plasma membrane (1Fasolato C. Innocenti B. Pozzan T. Trends Pharmacol. Sci. 1994; 15: 77-83Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (438) Google Scholar). Diverse ion channels activated by various triggers have been reported to be responsible for this type of Ca2+ influx (1Fasolato C. Innocenti B. Pozzan T. Trends Pharmacol. Sci. 1994; 15: 77-83Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (438) Google Scholar). Among members of the group, recent attention was particularly directed to capacitative Ca2+ entry (CCE1; in other words, Ca2+ release-activated current or store-operated channel) that is activated through Ca2+ release from the intracellular Ca2+ store, endoplasmic reticulum, induced by inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3), and consequent depletion of Ca2+ from the store (2Clapham D.E. Cell. 1995; 80: 259-268Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (2268) Google Scholar, 3Putney J.W. Cell Calcium. 1990; 11: 611-624Crossref PubMed Scopus (1261) Google Scholar, 4Irvine R.F. FEBS Lett. 1990; 263: 5-9Crossref PubMed Scopus (579) Google Scholar, 5Putney Jr., J.W. Bird G. St J. Cell. 1993; 75: 199-201Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (393) Google Scholar, 6Partiseti M. Le Deist F. Hivroz C. Fischer A. Korn H. Choquet D. J. Biol. Chem. 1994; 269: 32327-32335Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 7Serafini A.T. Lewis R.S. Clipstone N.A. Bram R.J. Fanger C. Fiering S. Herzenberg L.A. Crabtree G.R. Immunity. 1995; 3: 239-250Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (58) Google Scholar, 8Berridge M.J. Biochem. J. 1995; 312: 1-11Crossref PubMed Scopus (1049) Google Scholar). In addition, other plasma membrane ion channels directly activated by second messengers such as Ca2+, IP3, inositol 1,3,4,5-tetraphosphate, and arachidonic acid metabolites are also categorized as Ca2+-permeable channels activated in response to receptor stimulation (1Fasolato C. Innocenti B. Pozzan T. Trends Pharmacol. Sci. 1994; 15: 77-83Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (438) Google Scholar, 9Kuno M. Gardner P. Nature. 1987; 326: 301-304Crossref PubMed Scopus (471) Google Scholar, 10Restrepo D. Miyamoto T. Bryant B.P. Teeter J.H. Science. 1990; 249: 1166-1168Crossref PubMed Scopus (239) Google Scholar, 11Mozhayeva G.N. Naumov A.P. Kuryshev Y.A. J. Membr. Biol. 1991; 124: 113-126Crossref PubMed Scopus (30) Google Scholar, 12Luckhoff A. Clapham D.E. Nature. 1992; 355: 356-358Crossref PubMed Scopus (333) Google Scholar, 13Peppelenbosch M.P. Tertoolen L.G. den Hertog J. de Laat S.W. Cell. 1992; 69: 295-303Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (158) Google Scholar). Drosophila transient receptor potential protein (TRP), which was discovered through the genetic studies of the Drosophilavisual transduction mutation (14Montell C. Rubin G.M. Neuron. 1989; 2: 1313-1323Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (860) Google Scholar), and the invertebrate and vertebrate TRP homologues so far have been the only molecular entities functionally characterized as channels responsible for Ca2+influx induced by activation of Gq-coupled receptors (15Hardie R.C. Minke B. Neuron. 1992; 8: 643-651Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (583) Google Scholar, 16Phillips A.M. Bull A. Kelly L.E. Neuron. 1992; 8: 631-642Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (385) Google Scholar, 17Niemeyer B.A. Suzuki E. Scott K. Jalink K. Zuker C.S. Cell. 1996; 85: 651-659Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (303) Google Scholar, 18Petersen C.C.H. Berridge M.J. Borgese M.F. Bennett D.L. Biochem. J. 1995; 311: 41-44Crossref PubMed Scopus (172) Google Scholar, 19Wes P.D. Chevesich J. Jeromin A. Rosenberg C. Stetten G. Montell C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1995; 92: 9652-9656Crossref PubMed Scopus (514) Google Scholar, 20Zhu X. Chu P.B. Peyton M. Birnbaumer L. FEBS Lett. 1995; 373: 193-198Crossref PubMed Scopus (301) Google Scholar, 21Zitt C. Zobel A. Obukhov A.G. Harteneck C. Kalkbrenner F. Lückhoff A. Schultz G. Neuron. 1996; 16: 1189-1196Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (334) Google Scholar, 22Zhu X. Jiang M. Peyton M. Boulay G. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. Cell. 1996; 85: 661-671Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (600) Google Scholar, 23Philipp S. Cavalié A. Freichel M. Wissenbach U. Zimmer S. Trost C. Marquart A. Murakami M. Flockerzi V. EMBO J. 1996; 15: 6166-6171Crossref PubMed Scopus (258) Google Scholar, 24Boulay G. Zhu X. Peyton M. Jiang M. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. J. Biol. Chem. 1997; 272: 29672-29680Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (288) Google Scholar, 25Okada T. Shimizu S. Wakamori M. Maeda A. Kurosaki T. Takada N. Imoto K. Mori Y. J. Biol. Chem. 1998; 273: 10279-10287Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (242) Google Scholar). TRP homologues were originally hypothesized to encode channels responsible for CCE, and some lines of supportive evidence for the hypothesis were presented from cDNA expression experiments on TRP subtypes (21Zitt C. Zobel A. Obukhov A.G. Harteneck C. Kalkbrenner F. Lückhoff A. Schultz G. Neuron. 1996; 16: 1189-1196Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (334) Google Scholar, 22Zhu X. Jiang M. Peyton M. Boulay G. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. Cell. 1996; 85: 661-671Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (600) Google Scholar, 23Philipp S. Cavalié A. Freichel M. Wissenbach U. Zimmer S. Trost C. Marquart A. Murakami M. Flockerzi V. EMBO J. 1996; 15: 6166-6171Crossref PubMed Scopus (258) Google Scholar, 26Vaca L. Sinkins W.G. Hu Y. Kunze D.L. Schilling W.P. Am. J. Physiol. 1994; 267: C1501-C1505Crossref PubMed Google Scholar, 27Sinkins W.G. Vaca L. Hu Y. Kunze D.L. Schilling W.P. J. Biol. Chem. 1996; 271: 2955-2960Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (51) Google Scholar, 28Gillo B. Chorna I. Cohen H. Cook B. Manistersky I. Chorev M. Arnon A. Pollock J.A. Selinger Z. Minke B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996; 93: 14146-14151Crossref PubMed Scopus (93) Google Scholar, 29Xu X.-Z.S. Li H.-S. Guggino W.B. Montell C. Cell. 1997; 89: 1155-1164Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (281) Google Scholar, 30Philipp S. Hambrecht J. Braslavski L. Schroth G. Freichel M. Murakami M. Cavalié A. Flockerzi V. EMBO J. 1998; 17: 4274-4282Crossref PubMed Scopus (272) Google Scholar, 31Mizuno N. Kitayama S. Saishin Y. Shimada S. Morita K. Mitsuhata C. Kurihara H. Dohi T. Brain Res. Mol. Brain Res. 1999; 64: 41-51Crossref PubMed Scopus (60) Google Scholar). Recently, however, store-independent activation of Ca2+ influx and cation currents mediated by TRP members were reported (24Boulay G. Zhu X. Peyton M. Jiang M. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. J. Biol. Chem. 1997; 272: 29672-29680Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (288) Google Scholar, 25Okada T. Shimizu S. Wakamori M. Maeda A. Kurosaki T. Takada N. Imoto K. Mori Y. J. Biol. Chem. 1998; 273: 10279-10287Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (242) Google Scholar, 32Obukhov A.G. Harteneck C. Zobel A. Harhammer R. Kalkbrenner F. Leopoldt D. Lückhoff A. Nürnberg B. Schultz G. EMBO J. 1996; 15: 5833-5838Crossref PubMed Scopus (65) Google Scholar, 33Zitt C. Obukhov A.G. Strübing C. Zobel A. Kalkbrenner F. Lückhoff A. Schultz G. J. Cell Biol. 1997; 138: 1333-1341Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 34Zhu X. Jiang M. Birnbaumer L. J. Biol. Chem. 1998; 273: 133-142Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (307) Google Scholar, 35Chyb S. Raghu P. Hardie R.C. Nature. 1999; 397: 255-259Crossref PubMed Scopus (362) Google Scholar, 36Hofmann T. Obukhov A.G. Schaefer M. Harteneck C. Gudermann T. Schultz G. Nature. 1999; 397: 259-263Crossref PubMed Scopus (1255) Google Scholar). Especially, as forDrosophila TRP and TRP-like (TRPL), polyunsaturated fatty acids, such as arachidonic acid and linolenic acid, were shown to activate them in both native and recombinant systems (35Chyb S. Raghu P. Hardie R.C. Nature. 1999; 397: 255-259Crossref PubMed Scopus (362) Google Scholar). This store-independent activation of TRP and TRPL is consistent with the observation that IP3 receptor is not essential for receptor potentials generated by TRP and TRPL in Drosophilaphotoreceptors (37Acharya J.K. Jalink K. Hardy R.W. Hartenstein V. Zuker C.S. Neuron. 1997; 13: 881-887Abstract Full Text Full Text PDF Scopus (200) Google Scholar). As for vertebrates, six members of mammalian TRP homologues (TRP1–6) were so far identified, and three TRP homologues TRP3, TRP5, and TRP6 have been reported to exhibit store-independent activities in recombinant expression systems (24Boulay G. Zhu X. Peyton M. Jiang M. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. J. Biol. Chem. 1997; 272: 29672-29680Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (288) Google Scholar, 25Okada T. Shimizu S. Wakamori M. Maeda A. Kurosaki T. Takada N. Imoto K. Mori Y. J. Biol. Chem. 1998; 273: 10279-10287Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (242) Google Scholar, 33Zitt C. Obukhov A.G. Strübing C. Zobel A. Kalkbrenner F. Lückhoff A. Schultz G. J. Cell Biol. 1997; 138: 1333-1341Crossref PubMed Scopus (221) Google Scholar, 34Zhu X. Jiang M. Birnbaumer L. J. Biol. Chem. 1998; 273: 133-142Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (307) Google Scholar, 36Hofmann T. Obukhov A.G. Schaefer M. Harteneck C. Gudermann T. Schultz G. Nature. 1999; 397: 259-263Crossref PubMed Scopus (1255) Google Scholar). Most recently, TRP3 and TRP6 have been reported to be activated by diacylglycerols, whereas TRP5 was unresponsive to them (36Hofmann T. Obukhov A.G. Schaefer M. Harteneck C. Gudermann T. Schultz G. Nature. 1999; 397: 259-263Crossref PubMed Scopus (1255) Google Scholar). In Drosophila photoreceptors, two homologues,Drosophila TRP and TRPL, are responsible for the light-sensitive conductances (15Hardie R.C. Minke B. Neuron. 1992; 8: 643-651Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (583) Google Scholar, 17Niemeyer B.A. Suzuki E. Scott K. Jalink K. Zuker C.S. Cell. 1996; 85: 651-659Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (303) Google Scholar, 35Chyb S. Raghu P. Hardie R.C. Nature. 1999; 397: 255-259Crossref PubMed Scopus (362) Google Scholar, 38Hardie R.C. Reuss H. Lansdell S.J. Millar N.S. Cell Calcium. 1997; 21: 431-440Crossref PubMed Scopus (63) Google Scholar). By contrast, in native mammalian cells, cationic currents induced by receptor stimulation have yet to be resolved into components mediated by individual TRP homologues and other unidentified entities. Here we found a novel member of the mammalian TRP family, TRP7, from mouse brain. TRP7 was widely distributed, being the most abundant in the heart, lung, and eye. Functional properties of TRP7 recombinantly expressed in human embryonic kidney (HEK) cells were distinct from those of TRP3, which is structurally the most homologous to TRP7 in the TRP family. TRP7 was constitutively activated to the level much higher than that of TRP3. Ca2+ influx mediated by TRP7 was enhanced by ATP receptor stimulation at the concentrations of ATP lower than those necessary for Ca2+ release from the store and Ca2+ influx via TRP3. The experiments also showed an essential involvement of diacylglycerol and intracellular Ca2+ in activation of TRP7. In addition, the content of the intracellular Ca2+store was reduced by TRP7 expression but not by TRP3 expression. Nystatin-perforated patch clamp recordings from TRP7-expressing cells demonstrated the constitutive and ATP-enhanced nonselective cation currents, which were suppressed by a physiological concentration of extracellular Ca2+. Our findings demonstrate that TRP7 encodes a cation channel with distinctive functional properties among mammalian TRP homologues, suggesting that TRP7 is responsible for spontaneous and receptor stimulation-induced non-selective cationic currents known for important physiological roles in native tissues. To search for a novel mouse TRP homologue, a cDNA library was screened with the cDNA encoding mouse TRP2 as a probe, which was obtained by reverse transcriptase-PCR amplification from the mouse (BALB/c or 129/SvJ) brain poly(A)+ RNA using a pair of specific oligonucleotide primers T2-1 (5′-GACGACATGATCCGGTTCATGTTC-3′) and T2-2 (5′-CTCGATCTTCTGGAAGGAGTTGGTG-3′) (22Zhu X. Jiang M. Peyton M. Boulay G. Hurst R. Stefani E. Birnbaumer L. Cell. 1996; 85: 661-671Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (600) Google Scholar), SuperScript II RNase H− reverse transcriptase (Life Technologies, Inc.), and LA-Taq DNA polymerase (Takara, Otsu, Japan). Screening of the oligo(dT)-primed, size-selected (>1 kb) adult mouse (129/SvJ or BALB/c) brain cDNA library constructed in the Uni-ZAP XR vector (Stratagene, La Jolla, CA) using the TRP2 cDNA probe yielded clone λa11. Sequence comparison with the known mammalian TRP homologues (TRP1–6) revealed that λa11 carries the cDNA (−94 to 2071) of a novel TRP homologue designated as TRP7. To obtain the entire coding sequence of the mouse TRP7 cDNA, rapid amplification of 3′-cDNA ends (3′-RACE) was performed using the specific primer T7-7 (5′-CGTGCTGTATGGGGTTTATAATGTCACC-3′), the template cDNAs constructed from C57BL/6J (B6) mouse brain poly(A)+ RNA, and the Marathon cDNA Amplification kit (CLONTECH, Palo Alto, CA). The resulting ∼1.2-kb cDNA fragment was subcloned into pBluescript SK(+) (Stratagene) to a yield clone p3RACE7 (1950–3085 followed by a poly(dA) tract). Through comparison with other TRP homologues, it was suggested that the region of cDNA (residues 781–1128) was absent in λa11 due to alternative splicing. The region was amplified by reverse transcriptase-PCR from adult mouse brain total RNA using alfalfa mosaic virus reverse transcriptase (Takara), LA-Taq DNA polymerase (Takara), and the specific primers (5′-GACTACTTCTGCAAGTGCAATGAGTGC-3′ and 5′-TTCCACAAGTGTAGCACGTACTCCC-3′). The resulting 0.25–0.7-kb cDNA fragments were subcloned into pGEM-T Easy vector (Promega, Madison, WI) to yield p7α, p7β, p7γ, and p7δ carrying the ∼0.70, ∼0.52, ∼0.33, and ∼0.25-kb spliced variants, respectively, of TRP7 cDNA. The insert of p7γ corresponds to the spliced form of the cDNA carried by λa11. RNA blot hybridization analysis was carried out using total RNA (20 μg) from various tissues of 2-month-old B6 mice. The probe used to detect TRP7 RNA was the ∼0.44-kb SacI/PvuII fragment from p3RACE7. Random Primer DNA Labeling Kit version 2 (Takara) was used to32P label the probe. Hybridization was performed at 42 °C in 50% formamide, 5× 5 SSC, 50 mm sodium phosphate buffer (pH 7.0), 0.1% SDS, 0.1% polyvinylpyrrolidone, 0.1% Ficoll 400 (Amerham Pharmacia Biotech), 0.1% bovine serum albumin, and 0.2 mg/ml sonicated herring sperm DNA, as described previously (25Okada T. Shimizu S. Wakamori M. Maeda A. Kurosaki T. Takada N. Imoto K. Mori Y. J. Biol. Chem. 1998; 273: 10279-10287Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (242) Google Scholar). Brains were dissected from anesthetized 8-week-old B6 mice after perfusion with 4% paraformaldehyde in 0.1 m sodium phosphate buffer and were postfixed overnight at 4 °C in the same fixative and subsequently dehydrated, embedded in paraffin, sliced at 8 μm, and mounted onto silicon-coated glass slides. The recombinant pBluescript SK(+) plasmid, pTRP7-25, containing the TRP7 cDNA fragment amplified from λa11 using the primers Ma19 (5′-CGTTAAGACTCTGCCCAA-3′) and Ma16 (5′-ACATCCTGCACGTACTGG-3′), was linearized by digesting the EcoRI or HindIII site (on vector) and transcribed using T3 or T7 MAXIscript RNA polymerase (Ambion, Austin, TX) with DIG RNA Labeling Mix (Roche Molecular Biochemicals) for synthesis of the sense or antisense digoxigenin (DIG)-labeled RNA probes. Sections were partially digested by 0.8% pepsin in 0.2 nHCl and acetylated with 0.25% acetic anhydride in 0.1 mtriethanolamine (pH 8.0) after de-paraffinization and rehydration. Hybridization was performed for 12–16 h at 50 °C with 400 ng/ml antisense or sense probes in 10 mm Tris-HCl (pH 7.6), 600 mm NaCl, 0.25% SDS, 1 mm EDTA (pH 8.0), 0.02% polyvinylpyrrolidone, 0.02% Ficoll 400, 0.02% bovine serum albumin, 0.2 mg/ml yeast tRNA, 10% dextran sulfate, and 50% formamide. The sections were washed in 2× SSC with 50% formamide at 50 °C for 30 min, treated with 10 μg/ml RNase A in 10 mm Tris-HCl (pH 7.6), 1 mm EDTA (pH 8.0), and 500 mm NaCl to remove free probes, and washed at increasingly higher stringencies up to final condition of 0.2× SSC at 50 °C for 20 min. Washed slides were incubated in 1.5% blocking reagent (Roche Molecular Biochemicals) in 100 mm Tris-HCl (pH 7.5), and 150 mm NaCl (DIG buffer) at room temperature for 1 h. Immunochemical detection of the hybridized probes was performed using alkaline phosphatase-conjugated anti-DIG antibody (Roche Molecular Biochemicals) at 500 times dilution in DIG buffer for 60 min. The alkaline phosphatase activity was visualized by 12–16 h incubation with nitro blue tetrazolium/5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate alkaline phosphatase detection system (Roche Molecular Biochemicals) in 100 mm Tris-HCl (pH 9.5), 50 mmMgCl2, and 100 mm NaCl under light protection. Expression plasmids for TRP7 were constructed as follows. A PCR product amplified from the clone λa11 using a sense primer (5′-GGGTCGACGGGTTTTTATTTTTAATTTTCTTTCAAATACTTCCACCATGTTGGGGAGCAACACC-3′), designed to contain the untranslated leader sequence from the alfalfa mosaic virus (39Jobling S.A. Gehrke L. Nature. 1987; 325: 622-625Crossref PubMed Scopus (198) Google Scholar), a consensus sequence for translation initiation (40Kozak M. Cell. 1986; 44: 283-292Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (3590) Google Scholar), and nucleotide residues 1–18 of TRP7, and an antisense primer (5′-AGTGACCTCCAAGTGCTC-3′) was digested with SalI andApaLI. Another PCR product amplified from p3RACE7 using T7-7 (see above) and an antisense primer (5′-ATGCGGCCGCTTTGGAATGCTGTTAGAC-3′) was digested with NcoI and NotI. The resulting fragments were ligated with respective ApaLI-(701)/NcoI-(1999) fragments from p7α, p7β, and p7γ, and the 5.5-kb SalI/NotI fragment from pCI-neo (Promega, Madison, WI) to yield pCI-neo-mTRP7α, pCI-neo-mTRP7β, and pCI-neo-mTRP7γ, respectively. The TRP3 expression plasmid was constructed as follows. A PCR product amplified from the clone gλ-8 (41Mori Y. Takada N. Okada T. Wakamori M. Imoto K. Wanifuchi H. Oka H. Oba A. Ikenaka K. Kurosaki T. Neuroreport. 1998; 9: 507-515PubMed Google Scholar) using a sense primer (5′-CAGCGGCCGCGGGTTTTTATTTTTAATTTTCTTTCAAATACTGCCACCATGCGTGACAAGGGCCG-3′), designed to contain the untranslated leader sequence from alfalfa mosaic virus (39Jobling S.A. Gehrke L. Nature. 1987; 325: 622-625Crossref PubMed Scopus (198) Google Scholar), a consensus translation initiation sequence (40Kozak M. Cell. 1986; 44: 283-292Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (3590) Google Scholar), and nucleotide residues 1–17 (41Mori Y. Takada N. Okada T. Wakamori M. Imoto K. Wanifuchi H. Oka H. Oba A. Ikenaka K. Kurosaki T. Neuroreport. 1998; 9: 507-515PubMed Google Scholar), and an antisense primer (5′-GATGGCTAGCAGCAGCGCATCACC-3′) was digested with NotI. Another PCR product amplified from the clone λm20 (41Mori Y. Takada N. Okada T. Wakamori M. Imoto K. Wanifuchi H. Oka H. Oba A. Ikenaka K. Kurosaki T. Neuroreport. 1998; 9: 507-515PubMed Google Scholar) using a sense primer (5′-CGTTCCAAACTTTGGCTCTCCTACTTCGATG-3′) and an antisense primer (5′-CAGCGGCCGCTTGACTGCAGGTGGCTGCCTCAC-3′) was digested withPflMI and NotI. The resulting fragments were ligated with the NheI-(286)/PflMI-(2040) fragment and pCI-neo linearized with NotI to yield pCI-neo-mTRP3. HEK293 cells (American Type Culture Collection, Manassas, VA) were co-transfected with πH3-CD8 containing the cDNA of the T-cell antigen CD8 (42Jurman M.E. Boland L.M. Liu Y. Yellen G. BioTechniques. 1994; 17: 876-881PubMed Google Scholar) and one of pCI-neo-mTRP7α, pCI-neo-mTRP7β, pCI-neo-mTRP7γ, pCI-neo-mTRP3, and the vector pCI-neo. Transfection was carried out using SuperFect Transfection Reagent (Qiagen, Hilden, Germany). Cells were trypsinized, diluted with Dulbecco's modified Eagle's medium containing 10% fetal bovine serum, 30 units/ml penicillin, and 30 μg/ml streptomycin, and plated onto glass coverslips 18 h after transfection. Then cells were subjected to measurements 18–42 h after plating on the coverslips. TRP homologue-expressing cells were selected through detection of CD8 co-expression using polystyrene microspheres precoated with antibody to CD8 (Dynabeads M-450 CD8; Dynal, Oslo, Norway). Cells on coverslips were loaded with fura-2 by incubation in Dulbecco's modified Eagle's medium containing 5 μm fura-2/AM (Dojindo Laboratories, Kumamoto, Japan) and 10% fetal bovine serum at 37 °C for 30 min and washed with the HEPES-buffered saline (HBS) containing (in mm) 107 NaCl, 6 KCl, 1.2 MgSO4, 2 CaCl2, 1.2 KH2PO4, 11.5 glucose, 20 HEPES, adjusted to pH 7.4 with NaOH. The coverslips were then placed in a perfusion chamber mounted on the stage of the microscope. Fluorescence images of the cells were recorded and analyzed with a video image analysis system (ARGUS-20/CA, Hamamatsu Photonics, Hamamatsu, Japan). The fura-2 fluorescence at an emission wavelength of 510 nm (bandwidth, 20 nm) was observed at room temperature by exciting fura-2 alternately at 340 and 380 nm (bandwidth, 11 nm). The 340:380 nm ratio images were obtained on a pixel by pixel basis and were converted to Ca2+ concentrations by in vitro calibration. The calibration procedure was performed according to Ueda and Okada (43Ueda S. Okada Y. Biochim. Biophys. Acta. 1989; 1012: 254-260Crossref PubMed Scopus (24) Google Scholar). All the reagents, except LaCl3 and GdCl3, dissolved in water, ethanol, or dimethyl sulfoxide were diluted to their final concentrations in HBS or Ca2+-free HBS containing (in mm) 107 NaCl, 6 KCl, 1.2 MgSO4, 1.2 KH2PO4, 0.5 EGTA, 11.5 glucose, 20 HEPES, adjusted to pH 7.4 with NaOH, and applied to the cells by perfusion. LaCl3 and GdCl3 (100 mm in water) were diluted in HBS or Ca2+-free HBS from which KH2PO4 was omitted. Data were accumulated under each condition from 2 to 4 experiments using cells prepared through 2–3 transfections. Mn2+entry was measured through monitoring the decline of fluorescence of fura-2 induced by binding of Mn2+. Fluorescence quenching was studied using the fura-2 isosbestic excitation wavelength at 360 nm and recording emitted fluorescence at 510 nm. The system used was the same as in the [Ca2+]i measurement. The fluorescence intensity relative to the initial values were obtained on a pixel by pixel basis. MnCl2 and ATP dissolved in water were diluted to their final concentrations in nominally Ca2+-free HBS from which KH2PO4 was omitted. For electrophysiological measurements, coverslips with cells were placed in a perfusion chamber. Cells prepared in this manner had membrane capacitance of 8–26 picofarads (n = 13). Patch electrodes having a resistance of 4–6 megohms (when filled with the pipette solution described below) were fabricated from 1.5-mm Pyrex capillaries, using an automatic multiple-stage micropipette puller (P-97, Sutter Instruments, USA), and heat-polished in a microforge bearing a thin indium-platinum heating wire (Narishige, Tokyo, Japan). Voltage generation and current signal acquisition were implemented through a high-impedance low-noise patch clamp amplifier (EPC-7, List Electronics, Darmstadt, Germany). Ramp currents were sampled at 2 kHz after low pass filtering at 1 kHz and analyzed with pCLAMP 6.02 software (Axon Instruments, Foster City, CA) for Fig. 8 C. For long term recordings such as illustrated in Fig. 8 A, current signals were stored on a computer hard disc (filtered at 50 Hz), using an A/D, D/A converter, MacLab/4 (AD Instruments, New South Wales, Australia). The details for the nystatin-perforated recording have been described previously (44Chen S. Inoue R. Ito Y. Br. J. Pharmacol. 1993; 109: 793-801Crossref PubMed Scopus (64) Google Scholar). The pipette solution contained (in mm) 140 CsCl, 2 MgCl2, 10 HEPES, 20 glucose, adjusted to pH 7.2 with Tris base. For the conventional whole-cell recording, the pipette solution contained (in mm) 140 CsCl, 2 MgCl2, 10 BAPTA, and 0, 3, or 5 CaCl2, 2 ATP (free acid), 0.1 GTP (lithium salt), 10 HEPES, adjusted to pH 7.2 with Tris base. The Ca2+-free external solution contained (in mm) 140 NaCl, 0.5 EGTA, 10 HEPES, 20 glucose, adjusted to pH 7.4 with Tris base. For the nominally Ca2+-free external solution, EGTA was simply omitted from this solution. For 2 mmCa2+-containing external solution, 2 mmCaCl2 was added to the nominally Ca2+-free solution. For the cesium external solution, Na+ in the Ca2+-free solution was simply replaced by 140 mm Cs+. The 10 mm divalent cation-containing external solution contained (in mm) either of 10 CaCl2, BaCl2, or MnCl2, 126 N-methyl-d-glucamin
0

TRPC3 and TRPC6 are essential for angiotensin II-induced cardiac hypertrophy

Naoya Onohara et al.Nov 2, 2006
Article2 November 2006free access TRPC3 and TRPC6 are essential for angiotensin II-induced cardiac hypertrophy Naoya Onohara Naoya Onohara Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Motohiro Nishida Motohiro Nishida Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Ryuji Inoue Ryuji Inoue Department of Physiology, School of Medicine, Fukuoka University, Jonan-ku, Fukuoka, Japan Search for more papers by this author Hiroyuki Kobayashi Hiroyuki Kobayashi Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Hideki Sumimoto Hideki Sumimoto Medical Institute of Bioregulation, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka, Japan Search for more papers by this author Yoji Sato Yoji Sato National Institute of Health Sciences, Setagaya, Tokyo, Japan Search for more papers by this author Yasuo Mori Yasuo Mori Laboratory of Molecular Biology, Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan Search for more papers by this author Taku Nagao Taku Nagao National Institute of Health Sciences, Setagaya, Tokyo, Japan Search for more papers by this author Hitoshi Kurose Corresponding Author Hitoshi Kurose Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Naoya Onohara Naoya Onohara Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Motohiro Nishida Motohiro Nishida Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Ryuji Inoue Ryuji Inoue Department of Physiology, School of Medicine, Fukuoka University, Jonan-ku, Fukuoka, Japan Search for more papers by this author Hiroyuki Kobayashi Hiroyuki Kobayashi Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Hideki Sumimoto Hideki Sumimoto Medical Institute of Bioregulation, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka, Japan Search for more papers by this author Yoji Sato Yoji Sato National Institute of Health Sciences, Setagaya, Tokyo, Japan Search for more papers by this author Yasuo Mori Yasuo Mori Laboratory of Molecular Biology, Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan Search for more papers by this author Taku Nagao Taku Nagao National Institute of Health Sciences, Setagaya, Tokyo, Japan Search for more papers by this author Hitoshi Kurose Corresponding Author Hitoshi Kurose Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka Search for more papers by this author Author Information Naoya Onohara1, Motohiro Nishida1, Ryuji Inoue2, Hiroyuki Kobayashi1, Hideki Sumimoto3, Yoji Sato4, Yasuo Mori5, Taku Nagao4 and Hitoshi Kurose 1 1Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka 2Department of Physiology, School of Medicine, Fukuoka University, Jonan-ku, Fukuoka, Japan 3Medical Institute of Bioregulation, Kyushu University, Higashi-ku, Fukuoka, Japan 4National Institute of Health Sciences, Setagaya, Tokyo, Japan 5Laboratory of Molecular Biology, Department of Synthetic Chemistry and Biological Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto, Japan *Corresponding author. Department of Pharmacology and Toxicology, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, 3-1-1 Maidashi, Higashi-ku, Fukuoka 812-8582, Japan. Tel./Fax: +81 92 642 6884; E-mail: [email protected] The EMBO Journal (2006)25:5305-5316https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7601417 PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info Angiotensin (Ang) II participates in the pathogenesis of heart failure through induction of cardiac hypertrophy. Ang II-induced hypertrophic growth of cardiomyocytes is mediated by nuclear factor of activated T cells (NFAT), a Ca2+-responsive transcriptional factor. It is believed that phospholipase C (PLC)-mediated production of inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) is responsible for Ca2+ increase that is necessary for NFAT activation. However, we demonstrate that PLC-mediated production of diacylglycerol (DAG) but not IP3 is essential for Ang II-induced NFAT activation in rat cardiac myocytes. NFAT activation and hypertrophic responses by Ang II stimulation required the enhanced frequency of Ca2+ oscillation triggered by membrane depolarization through activation of DAG-sensitive TRPC channels, which leads to activation of L-type Ca2+ channel. Patch clamp recordings from single myocytes revealed that Ang II activated DAG-sensitive TRPC-like currents. Among DAG-activating TRPC channels (TRPC3, TRPC6, and TRPC7), the activities of TRPC3 and TRPC6 channels correlated with Ang II-induced NFAT activation and hypertrophic responses. These data suggest that DAG-induced Ca2+ signaling pathway through TRPC3 and TRPC6 is essential for Ang II-induced NFAT activation and cardiac hypertrophy. Introduction Regulators of cardiac function such as vasoactive neurotransmitters and hormones activate phospholipase C (PLC) and thereby generate inositol-1,4,5-trisphosphate (IP3) and diacylglycerol (DAG). These agonists elevate the concentration of cytoplasmic free Ca2+ ([Ca2+]i) in cardiomyocytes, which induces positive inotropic effects on the heart and activates several transcriptional pathways that lead to cardiac hypertrophy (Wilkins and Molkentin, 2004; Woodcock and Matkovich, 2005). NFAT is one of the transcriptional factors regulated by [Ca2+]i (Crabtree and Olson, 2002). The relevance of the NFAT signaling pathway to cardiac hypertrophy is underscored by the observation that cardiac-targeted transgenic animals expressing constitutively activated forms of either calcineurin or NFAT produced ventricular hypertrophy (Molkentin et al, 1998; Taigen et al, 2000). The Ca2+-sensitive serine/threonine phosphatase (calcineurin) primarily regulates NFAT activity by rapid dephosphorylation of NFAT proteins and their translocation to the nucleus. A drop in nuclear Ca2+ deactivates calcineurin and allows one of several NFAT kinases to rephosphorylate NFAT, causing it to leave the nucleus and thereby inactivating transcription (Timmerman et al, 1996; Dolmetsch et al, 1997). Therefore, a sustained elevation of [Ca2+]i is required for NFAT-dependent transcription. The importance of agonists that activate PLC for cardiac hypertrophy is well established (Molkentin and Dorn, 2001). Many lines of evidence have shown that stimulation of PLC-linked G protein-coupled receptors, such as α1-adrenergic receptor (Maruyama et al, 2002), Ang II receptor (Nishida et al, 2005) and endothelin receptor (Arai et al, 2003), induce hypertrophic growth of rat cardiac myocytes. More clinically relevant, hypertrophied hearts induced by volume overload are commonly characterized by high levels of IP3-generating agonists such as Ang II (Dostal et al, 1992; Sadoshima et al, 1993). Numerous studies have demonstrated the need for sustained or periodic increases in [Ca2+]i to cause the nuclear localization of NFAT (Dolmetsch et al, 1997; Tomida et al, 2003). In nonexcitable cells, IP3 is generally accepted to function as a mediator of sustained Ca2+ responses (Timmerman et al, 1996; Dolmetsch et al, 1997). The sustained Ca2+ signaling requires the store-operated Ca2+ channel (SOC), which opens in response to depletion of intracellular stores through IP3 receptor (IP3R). Therefore, it is currently believed that Ca2+ entry through SOC regulates NFAT translocation. In the heart, however, the expression level of IP3R is much lower than that of ryanodine receptor (Moschella and Marks, 1993). Voltage-dependent L-type Ca2+ channel and ryanodine receptor function as the major source of Ca2+ for normal Ca2+-induced Ca2+ release of excitation–contraction (E–C) coupling, but many reports do not support the idea that the increase in [Ca2+]i through E–C coupling between L-type Ca2+ channel and ryanodine receptor is coupled to NFAT activation (Wilkins and Molkentin, 2004). A possible source of Ca2+ for activation of calcineurin is Ca2+ influx through transient receptor potential (TRP) proteins that are involved in store-operated Ca2+ entry (Clapham, 2003). Upregulation of canonical transient receptor potential (TRPC) proteins is recently reported to contribute to the development of cardiac hypertrophy (Seth et al, 2004). Other groups reported that TRPM7 regulates Mg2+ homeostasis, and TRPM6 and TRPM7 are differentially regulated by Ang II in vascular smooth muscle cells (He et al, 2005; Touyz et al, 2006). However, it is still unknown whether TRP channels contribute to receptor-stimulated activation of calcineurin-NFAT pathway in the heart. In this study, we investigated the mechanism of how Ang II stimulation induces the sustained Ca2+ signaling leading to NFAT activation and hypertrophic growth of rat neonatal cardiomyocytes. Results Essential role of DAG in Ang II-induced NFAT activation and cardiac hypertrophy We first examined whether IP3 or DAG is involved in Ang II-induced NFAT activation in rat neonatal cardiomyocytes. As it has been reported that pressure overload- and Ang II-induced cardiac hypertrophy are attenuated in NFAT4 (NFATc3)-null mice (Wilkins et al, 2002), the translocation of NFAT4 was determined in this study. Stimulation of cardiac myocytes with Ang II for 30 min increased the maximal nuclear predominant fluorescence of GFP-fused amino-terminal region of NFAT4 protein (GFP-NFAT4) (Figure 1A–C). The Ang II-induced NFAT translocation was completely suppressed by the expression of DAG kinase β (DGKβ), an enzyme that decreases the cellular DAG level by converting DAG to phosphatidic acid. Treatment with RHC80267, a DAG lipase inhibitor, significantly increased the Ang II-induced nuclear translocation of GFP-NFAT4. However, treatment with xestospongin C, an IP3R blocker, did not affect the Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4 to the nucleus. To directly inhibit IP3-mediated signaling, we expressed the ligand-binding region of type 1 IP3R (IP3-sponge) (Uchiyama et al, 2002). The Ang II-induced transient increase in [Ca2+]i (or Ca2+ release) was completely suppressed by the treatment with xestospongin C and by the expression of IP3-sponge but not DGKβ (Supplementary Figure S1), suggesting the efficient inhibition of IP3-mediated Ca2+ signaling. The Ang II-induced increase in NFAT-dependent luciferase reporter activity was suppressed by DGKβ, but not by xestospongin C and IP3-sponge (Figure 1D and E). Treatment with RHC80267 promoted the Ang II-induced NFAT activation (Figure 1E). These results suggest the involvement of DAG in Ang II-induced NFAT activation. We also examined the involvement of DAG in Ang II-induced hypertrophic responses. Expression of DGKβ, but not IP3-sponge, completely suppressed Ang II-induced hypertrophic responses, such as actin reorganization (Figure 1F), protein synthesis (Figure 1G), and expression of brain natriuretic peptide (BNP) (Figure 1H). These results suggest that DAG, but not IP3, is essential for Ang II-induced NFAT activation and hypertrophic responses of neonatal cardiomyocytes. Figure 1.Essential role of DAG in Ang II-induced cardiomyocyte hypertrophy. (A) Nuclear translocation of GFP-NFAT4 by Ang II stimulation. A portion of cells was treated with RHC80267 (30 μM) or xestospongin C (XestC, 20 μM) for 30 min before the addition of Ang II (100 nM), and a portion of cells was infected with DGKβ for 48 h before Ang II stimulation. (B, C) Quantification of nuclear predominant fluorescence of GFP-NFAT4 after Ang II stimulation. (D, E) Effects of DGKβ, RHC80267, and XestC on the increase in NFAT-dependent luciferase activity by Ang II stimulation for 6 h. The fold activation was calculated by the values of untreated cells set as 1. (F–H) Effects of DGKβ and GFP-IP3-sponge on Ang II-induced actin reorganization (F), protein synthesis (G), and BNP expression (H). Scale bar=20 μm. *P<0.05, **P<0.01 versus control or LacZ-expressing cells. Download figure Download PowerPoint Involvement of Ang II type 1 receptor, Gαq, and PLC in Ang II-induced NFAT activation In contrast to the absence of extracellular Ca2+ (Supplementary Figure S1A), myocytes showed spontaneous increases in [Ca2+]i in the presence of extracellular Ca2+. Treatment with Ang II induced the transient increase in [Ca2+]i followed by sustained oscillatory increase in [Ca2+]i (Figure 2A; the former can more clearly be seen in Supplementary Figure S1A). The Ca2+ oscillation represents a spontaneous activity of myocytes, and Ang II stimulation increased its frequency (Supplementary Figure S1C). The Ang II-induced Ca2+ response and NFAT activation were greatly suppressed by U73122, a PLC inhibitor, but not by U73343, an inactive analog of U73122 (Figure 2A–C). Thus, PLC primarily regulates Ang II-induced Ca2+ signal generation. The Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4 was suppressed by CV11974, an Ang II type 1 receptor (AT1R) blocker, but not by PD123319, an AT2R blocker (Figure 2D). These results indicate that AT1R-mediated PLC activation is involved in Ang II-induced NFAT4 activation. We next examined which G proteins are involved in Ang II-induced NFAT activation. It has been generally believed that Gαq plays an important role in agonist-induced cardiac hypertrophy (Molkentin and Dorn, 2001). To examine the involvement of Gαq, we expressed regulator of G protein signaling (RGS) domain that is ∼200 amino acids, specifically binds GTP-bound form of Gα and accelerates GTPase activity. When RGS domain is expressed in cells, it competes with activated form of Gα for endogenous effectors and accelerates turn-off reaction of Gα. Therefore, RGS domain can work as a specific inhibitor of Gα. As expected, the expression of a Gαq-specific RGS domain of G protein-coupled receptor kinase 2 (GRK2-RGS) completely suppressed the Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4 (Figure 2E). However, the expression of a Gα12/13-specific RGS domain of p115RhoGEF (p115-RGS) did not affect the Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4. Pertussis toxin (PTX) and carboxyl terminal region of GRK2 (GRK2-ct), a βγ subunit of G protein (Gβγ)-sequestering polypeptide, did not inhibit the Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4 (Figure 2E). Thus, these results support the evidence that agonist-induced Ca2+-dependent NFAT activation is predominantly regulated by Gαq, but not by Gα12/13, Gi or Gβγ in cardiomyocytes. Figure 2.Involvement of AT1R, Gαq, and PLC in Ang II-induced NFAT activation. (A–C) Effects of U73122 and U73343 on Ang II-induced Ca2+ responses (A), translocation of GFP-NFAT4 (B), and NFAT activation (C). (A) Effects of U73122 and U73343 on the increases in the frequency of Ca2+ oscillation during 5 min Ang II stimulation. The digital images were obtained every 1 s. (D) Effects of CV11974 and PD123319 on Ang II-induced NFAT translocation. Cells were treated with U73122 (5 μM), U73343 (5 μM), CV11974 (CV, 5 μM), or PD123319 (PD, 5 μM) for 30 min before the addition of Ang II (100 nM). (E) Effects of PTX, GRK2-RGS, p115-RGS, and GRK2-ct on Ang II-induced NFAT translocation. Cells were infected with adenovirus encoding LacZ (100 MOI), p115-RGS or GRK2-ct (100 MOI), or GRK2-RGS (300 MOI) for 48 h. A portion of cells was treated with PTX (100 ng/ml) for 24 h before Ang II stimulation. *P<0.05, **P<0.01 versus Ang II stimulation of control or LacZ-expressing cells. Download figure Download PowerPoint Requirement of Ca2+ influx through L-type Ca2+ channels and nonselective cation channels in Ang II-induced NFAT activation It has been reported that DAG induces Ca2+ influx through activation of cation channels (Hofmann et al, 1999; Clapham, 2003). As the Ang II-induced periodic increase in [Ca2+]i likely results from enhanced spontaneous activity of myocytes (which are dependent on extracellular Ca2+; see above), and these were suppressed by DGKβ (Supplementary Figure S1), we next examined whether Ca2+ influx is involved in DAG-mediated responses. Treatment of cardiac myocytes with Ang II or with a DAG derivative, 1-oleoyl-2-acyl-sn-glycerol (OAG), increased the nuclear translocation of GFP-NFAT4 and NFAT activity, both of which were almost completely suppressed by the voltage-dependent Ca2+ channel blocker nitrendipine and a receptor-activated cation channel (RACC) inhibitor SK&F96365 (Figure 3A–C). As OAG-induced NFAT activation was also completely suppressed by cyclosporine A, a calcineurin inhibitor (Figure 3C), DAG increases NFAT activity through calcineurin activation. These results suggest that RACC and Ca2+ influx through L-type Ca2+ channel mediate Ang II- or DAG-induced NFAT activation. Figure 3.Requirement of RACC and L-type Ca2+ channel in DAG-mediated NFAT translocation. (A) Effects of SK&F96365 (SKF), nitrendipine (Nit) and valinomycin (Val) on Ang II- or OAG-induced NFAT translocation. (B) Quantification of the nuclear predominant fluorescence of GFP-NFAT4 without (None) or with Ang II or OAG stimulation. (C) Effects of SKF, Nit, and cyclosporine A (CysA) on Ang II- or OAG-induced increase in NFAT-luciferase activity. Cells were treated with SKF (10 μM), Nit (1 μM), Val (1 μM), or CysA (1 μM) for 30 min before the addition of Ang II (100 nM) or OAG (25 μM). **P<0.01 versus Ang II stimulation of control cells. ##; P<0.01 versus OAG stimulation of control cells. Download figure Download PowerPoint Ang II activates DAG-sensitive cation channels in cardiac myocytes To directly demonstrate that Ang II activates DAG-sensitive RACC, whole-cell patch-clamp experiments were performed. In quasi-physiological ionic conditions, administration of Ang II into the bath activated inward currents at −80 mV, which were further enhanced by RHC80267 (Figure 4A and B). These currents were completely abolished by N-methyl-D-glucamine substitution for all external cations (data not shown), and showed an outward-rectifying property with the reversal potential of ca. 0 mV (1.0±1.0 mV, n=6), when Cs+ was intracellularly dialyzed via patch pipette and TTX (3 μM) and nitrendipine (1 μM) were added into K+-free external solution to block voltage-dependent K+, Na+, and L-type Ca2+ channels, respectively (see inset in Figure 4C). Administration of OAG (25 μM) also activated inward currents showing indistinguishable properties from those activated by Ang II, whereas application of myo-IP3 (10 μM) in the internal solution was unable to activate any discernible currents by itself (data not shown). These results collectively suggest that Ang II activates DAG-sensitive nonselective cation currents in cardiomyocytes via an IP3-independent pathway, which bears considerable resemblance to heterologously expressed TRPC channels. Figure 4.Activation of DAG-sensitive currents from single cardiomyocytes by Ang II stimulation. (A) Representative traces of ionic currents recorded from Ang II-treated cardiomyocytes at a holding potential of −80 mV under conventional whole-cell patch-clamp with K+-internal solution. The nonselective cation currents are activated by Ang II (1 μM), and potentiated by RHC80267 (30 μM). The dotted line represents the zero current level. (B) Current density of inward current (at −80 mV) averaged for the period of 60–65 s after Ang II stimulation or RHC80267 treatment (n>8). **P<0.01. (C) I–V relationship of ionic currents from unstimulated (Control) and Ang II-stimulated myocytes with Cs+-internal solution containing myo-IP3 (10 μM). TTX (3 μM) and nitrendipine (1 μM) are included in the K+-free external solution. (Inset) I–V relationship of TRPC-like currents induced by Ang II (differences between Ang II and Control). (D) Representative traces of time-dependent changes in the membrane potential and the frequency of action potential by Ang II stimulation in the current-clamp mode. Download figure Download PowerPoint In the next step, we examined Ang II-induced changes in membrane potential by using the current-clamp technique, since the treatment with valinomycin, a K+ ionophore, which causes inactivation of voltage-dependent channels via stabilization of membrane potential (Linares-Hernandez et al, 1998), completely suppressed the Ang II-induced translocation of GFP-NFAT4 (Figure 3A and B), and in general, the activation of RACC causes membrane depolarization (Large, 2002). As expected, membrane potential recording from single myocytes with current-clamp mode clearly demonstrated that Ang II increased the frequency of action potentials, which eventually led to continuous burstic firing superimposed on concomitant sustained depolarization (22.2±5.6 mV, n=5) (Figure 4D). It is noteworthy that the time course of these effects is very similar to that observed for the enhanced frequency of Ca2+ oscillations induced by Ang II (see above). Properties of DAG induced membrane depolarization in rat cardiac myocytes Current-clamp recordings were technically little feasible to monitor the membrane potential for a long period of time, because of rhythmical contractions of myocytes evoked by Ang II. To circumvent this problem, we adopted a voltage-sensitive fluorescent probe DiBAC4(3). After DiBAC4(3) enters the cells, it binds to cellular proteins and membrane lipids. Then, DiBAC4(3) enhances fluorescence. Because of its slow dissociating nature, DiBAC4(3) can only detect slow cumulative changes in resting potential rather than rapid changes in membrane potential generated by action potential. Ang II stimulation gradually increased the fluorescence intensity of DiBAC4(3) (Figure 5A and B), indicating the shift of membrane potential to positive (BACzkó et al, 2004). The averaged changes in membrane potential induced by Ang II were estimated to be ∼15 mV. Treatment with RHC80267 enhanced the Ang II-induced increases in the fluorescence intensity of DiBAC4(3) (Figure 5C). These results indicate that DAG generated by Ang II stimulation shifts the membrane potential of cardiac myocytes more positively. DAG also activates other signaling molecules including protein kinase C (PKC). PKC is known to potentiate the extent of L-type Ca2+ channel activation, and both OAG and phorbor 12-myristrate 13-acetate (PMA) have been reported to increase the channel open probability in rat cardiomyocytes (Guinamard et al, 2004). However, treatment with PMA did not increase the fluorescence intensity of DiBAC4(3) (Figure 5A and B) and OAG-induced translocation and activation of NFAT were not affected by bisindolylmaleimide, a selective PKC inhibitor (Supplementary Figure S2). It is possible that the metabolites of DAG work as mediators for NFAT translocation. However, treatment with arachidonic acid (AA) or phospholipase A2 (PLA2) inhibitors did not affect Ang II-induced NFAT translocation (Supplementary Figure S2). These results suggest that PKCs and DAG metabolites do not participate in Ang II-induced depolarization and NFAT translocation. The Ang II-induced increases in the fluorescence intensity of DiBAC4(3) were completely suppressed by SK&F96365, but not by nitrendipine and xestospongin C (Figure 5D). Figure 5.Changes in membrane potential through RACC activation by DAG. (A) Representative time courses of changes in Ang II-, OAG-, or PMA-induced F/F0 of DiBAC4(3) fluorescence from time course experiments. Cells were stimulated with Ang II (1 μM), OAG (25 μM), PMA (1 μM), or KCl (10 mM). F0 means the initial value of fluorescence. (B) Maximal changes in resting membrane potential calculated from the changes in DiBAC4(3) fluorescence intensity during 15 min drug treatment. For the in vivo calibration of the membrane potentials, the KCl-induced maximal changes in fluorescence were fitted to the theoretical potentials obtained from Nernst equation, and then the changes in membrane potential by Ang II stimulation was calculated based on the fitting fomula. (C) Effects of RHC80267 on the concentration-dependent changes in resting membrane potentials induced by Ang II stimulation. (D) Involvement of RACC in Ang II-induced increases in the resting membrane potential. Cells were treated with SK&F96365 (SKF, 10 μM), nitredipine (Nit, 1 μM), or xestospongin C (XestC, 20 μM) for 30 min before the addition of Ang II. **P<0.01 versus Ang II stimulation of control cells. (E) Effects of SK&F96365 (SKF), nitrendipine (Nit), and xestospongin C (XestC) on Ang II-induced Ca2+ responses. The digital images were obtained every 1 s during 0–3 min under basal conditions and during 25–28 min after Ang II stimulation. (F) Number of Ca2+ spikes was normalized to per minute. **P<0.01 versus Ang II stimulation of control cells. Download figure Download PowerPoint We next examined whether periodic increase in [Ca2+]i is regulated by RACC. The myocytes showed spontaneous Ca2+ oscillations in the presence of extracellular Ca2+ (top panel in Figure 5E). The frequency of Ca2+ oscillations was increased by Ang II stimulation and this was suppressed by SK&F96365 and nitrendipine, but not by xestspongin C (middle and bottom panels in Figure 5E and F). These results support the idea that DAG generated by Ang II-induced PLC activation causes membrane depolarization through RACC activation and thereby secondarily activates L-type Ca2+ channel, leading to increased frequency of Ca2+ oscillations. Requirement of TRPC3 and TRPC6 in Ang II-induced membrane depolarization TRPC proteins are thought to be molecular candidates for RACC (Clapham, 2003). We found the expression of at least five TRP canonical (TRPC) mRNAs (TRPC1, TRPC3, TRPC4, TRPC5, TRPC6, and TRPC7) in rat neonatal cardiomyocytes by RT–PCR analysis (data not shown). Recent reports have demonstrated that three TRPC channels (TRPC3, TRPC6, and TRPC7) are activated directly by DAG (Hofmann et al, 1999; Clapham, 2003). Thus, we next examined which DAG-sensitive TRPC protein is involved in Ang II-induced NFAT activation. We overexpressed TRPC3, TRPC6, or TRPC7, and examined the Ang II-induced changes in membrane potential with DiBAC4(3) (Figure 6A and B). Among three TRPC proteins, Ang II-induced increases in the fluorescence intensity of DiBAC4(3) were significantly enhanced by the expression of TRPC3 and TRPC6 but not by TRPC7 (Figure 6B), although the latter enhanced OAG-induced [Ca2+]i increases to the same extent as the former two did (Supplementary Figure S3). These results indicate that TRPC3 and TRPC6, but not TRPC7, likely regulate the Ang II-induced membrane depolarization. This conclusion was further corroborated by siRNA-mediated knockdown of TRPC3 (siRNA 1397, 1992, and 2043) and TRPC6 (siRNA 1609 and 1786) in the cardiomyocytes; this procedure decreased the expression level of endogenous TRPC3 and TRPC6 proteins without affecting other TRPC proteins (Figure 6C–F), and simultaneously caused significant suppression of Ang II-induced increases in the fluorescence intensity of DiBAC4(3) (Figure 6G). Taken together, the above results strongly suggest that DAG-mediated activation of TRPC3 and TRPC6 channels contributes to the enhanced Ca2+ oscillation by Ang II via their membrane depolarizing actions. Figure 6.Requirement of TRPC3 and TRPC6 in Ang II-induced increases in membrane potential. (A) Western blots of the respective TRPC proteins. To identify the sizes of TRPC3 (C3), TRPC6 (C6), and TRPC7 (C7), each TRPC was overexpressed with recombinant adenoviruses. (B) Potentiating effects of TRPC3 and TRPC6 on changes in membrane potential by Ang II stimulation in LacZ-, TRPC3-, TRPC6-, and TRPC7-expressing cells. **P<0.01 versus Ang II stimulation of LacZ-expressing cells. NS means no significance from LacZ-expressing cells. (C–F) Effects of TRPC3 siRNAs (C, D) and TRPC6 siRNAs (E, F) on the expression of the respective TRPC proteins. (C, E) Representative Western blots with anti-TRPC3 (C) and anti-TRPC6 (E). (D, F) Effects of siRNAs of TRPC3 and TRPC6 on the average expression of native TRPC3, TRPC6, and TRPC7 proteins. (G) Effects of siRNAs of TRPC3 and TRPC6 on the maximal changes in DiBAC4(3) fluorescence intensity by Ang II (100 nM). Data are shown as the changes in membrane potentials (mV) calculated by in vivo calibration. **P<0.01 versus Ang II stimulation of control siRNA-treated cells (Control). Download figure Download PowerPoint In addition, siRNA silencing of TRPC3 and TRPC6 also significantly suppressed Ca2+ entry-mediated [Ca2+]i elevation induced by the addition of Ca2+ into the bath after Ang II stimulation (Supplementary Figure S3). Thus, some role of direct Ca2+ entry via TRPC3/TRPC6-associated pathway cannot completely be excluded in the Ang II-enhanced Ca2+ oscillation. Requirement of TRPC3 and TRPC6 in Ang II-induced NFAT translocation and hypertrophic responses We next examined whether TRPC3 and TRPC6 are involved in Ang II-induced hypertrophic responses. Treatment with siRNAs of TRPC3 and TRPC6 significantly suppressed Ang II-induced NFAT translocation (Figure 7A