Anzeige
Cells rely on calcium as a universal means of communication. For example, a sudden rush of calcium can trigger nerve cells to convey thoughts in the brain or cause a heart cell to beat.
A longstanding mystery has been how cells and molecules manage to appropriately sense and respond to the variety of calcium fluctuations within cells.
Reporting in the June 27 issue of Cell, a team of biomedical engineers at the Johns Hopkins School of Medicine has discovered how the calcium sensor protein calmodulin can gauge both the local flow of calcium, in through the closest channel, as well as the global calcium flow entering the many channels across the entire cell.
“It’s like being at a cocktail party where the easiest person to listen to is the one closest to you, but we all have the ability to keep an ear out for other interesting conversations going on throughout the room,” says David Yue, M.D., Ph.D., a professor of biomedical engineering at Hopkins. “It turns out that calmodulin is doing a similar thing, sensing the calcium coming through the closest channel through one ear while the other ear ‘listens’ to the calcium coming through distant channels across the cell.”
Normally, calmodulin is positioned right near each calcium channel. Several years ago, scientists discovered that calmodulin somehow can switch its sensory focus between local calcium and global calcium entering the cell through channels at a distance.
The calmodulin protein, explains Yue, is made of two ball-like lobes, and it’s these two lobes that act as the different calcium-sensing “ears.” The C lobe listens locally and the N lobe listens globally, across the whole cell. To figure out how calmodulin’s two lobes can sense different sources of calcium, the team took a two-pronged approach.
First, they used computers to perform mathematical simulations that tested different potential calcium detection mechanisms of the calmodulin lobes. Others have shown that the C lobe of calmodulin hangs onto calcium for a long time, whereas the N lobe lets go rapidly. Their simulations suggested that these slight differences in calcium holding time might play a role in calmodulin’s ability to sense both local and global calcium levels. “Once a local calcium ion sticks to the C lobe, it seldom lets go, and so the local calcium dominates,” says Yue.
By contrast, the N lobe would rapidly let go of calcium and then be empty and available to bind calcium entering the cell from distant calcium channels, allowing reception of global calcium. Similar to the cocktail party, it’s easiest to catch other conversations during the pauses in your own conversation.
The research team then verified their mathematical predictions by testing real calmodulin proteins attached to calcium channels. Using a new approach, they precisely controlled calcium pulses through single calcium channels and watched how calmodulin responded. They were able to confirm the mathematical models.
Understanding the language of calcium is critical for understanding how cells communicate, says Yue, and also important for understanding neural diseases. For instance, early antipsychotic drugs may work by blocking calmodulin action. “Now that we are learning how these drugs actually work,” Yue says, “we can contribute our new understanding of calmodulin to the design of next-generation drugs with greater potency and fewer side effects.”
The research was funded by the National Institutes of Health.
Authors on the paper are Michael Tadross, Ivy Dick and Yue, all of Hopkins.
Audrey Huang | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.jhmi.edu
Weitere Berichte zu: calmodulin > Cell > lobe > Yue
Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Paul-Ehrlich-Institut - Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel
Der nukleare GAU ist wahrscheinlicher als gedacht
22.05.2012 | Max-Planck-Institut für Chemie
Unter Federführung der Empa erscheint ein neues Standardwerk, das die europäische Forschung an Nanopartikeln vereinheitlichen soll.
Exakte Laborvorschriften zur Herstellung definierter Nanopartikel und zu deren Analytik stellen die Arbeiten auf diesem Gebiet auf eine neue Grundlage und machen sie erstmals vergleichbar. Herausgeber ist Harald Krug, Leiter des Empa-Departements «Materials meet Life».
Das neue Standardwerk soll Schluss machen mit dem «babylonischen Sprachgewirr», das derzeit noch in der Nanoforschung ...
Bei rheumatischen Erkrankungen erlauben moderne bildgebende Verfahren weit mehr als nur die Darstellung der knöchernen Gelenkstrukturen.
Mit funktionellen Untersuchungsmethoden wie der hochauflösenden Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) können pathologische Knochenumbauvorgänge bereits sehr früh nachgewiesen werden, mitunter schon zu einem Zeitpunkt, zu dem selbst die MRT-Diagnostik noch unauffällig ist. Eine Studie der Universitätsradiologie Düsseldorf, die jetzt auf dem 93. Deutschen Röntgenkongress vorgestellt wurde.
In der Rheumatologie hat sich in den letzten ...
Wirkmechanismus eines der ältesten Arzneimittel der Menschheit aufgeklärt
Rizinusöl ist vor allem als effektives Abführmittel bekannt, wurde aber auch bereits in der Antike bei Schwangeren zur Förderung der Wehentätigkeit eingesetzt.
Erst jetzt ist es Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung gelungen, die entscheidenden Details des Wirkmechanismus zu entschlüsseln. Verantwortlich ist demnach ein Rezeptor mit dem Namen EP3 auf ...
Pünktlich zum morgigen Weltschildkrötentag wird die Artenliste der Panzerträger um zwei Namen reicher.
Wissenschaftler des Senckenberg Forschungsinstitutes in Dresden haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam zwei neue Arten der afrikanischen Gelenkschildkröte identifiziert. Die zugehörige Studie ist kürzlich im Fachjournal „Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research“ erschienen.
Gelenkschildkröten sind die Bewegungskünstler unter den landlebenden Schildkröten. Aufgrund eines Scharniers im Rückenpanzer können die in Afrika ...
Eine Forschungsgruppe der Universität Ulm hat einen neuartigen molekularen Schalter im Gehirn identifiziert, der eine wichtige Rolle bei der Steuerung der postnatalen Neurogenese im Gyrus dentatus spielt, der Unterregion im Hippocampus, in der lebenslang Nervenzellen aus neuralen Stammzellen gebildet werden.
„Unsere Untersuchungen beschreiben erstmals einen neuen und letztlich unerwarteten Signalweg bei der Regulation der Neurogenese im Hippocampus“, sagt Professor Stefan Britsch, Direktor des Instituts für Molekulare und Zelluläre Anatomie, der die Arbeit dieser Tage gemeinsam mit Dr. Ruth Simon im international renommierten Fachblatt EMBO-Journal veröffentlicht. An dem von der Deutschen ...
Anzeige
Anzeige

Mütterliche Antikörper behindern Impfschutz bei jungen Katzen
22.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Researchers Improve Fast-Moving Mobile Networks
22.05.2012 | Kommunikation Medien
New microscope uses rainbow of light to image the flow of individual blood cells
22.05.2012 | Medizintechnik
Bericht zum Lachsmanagement: Die BLE auf der NASCO-Jahrestagung
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Plagiate und wissenschaftliches Fehlverhalten
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Der IdeenPark weckt Begeisterung für Technik
22.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten