Mechanism of adrenergic CaV1.2 stimulation revealed by proximity proteomics

第1.2节 刺激 蛋白激酶A 磷酸化 钙通道 电压依赖性钙通道 HEK 293细胞 蛋白质亚单位 激酶 化学 细胞生物学 生物 内分泌学 生物化学 受体 基因 有机化学
作者
Guoxia Liu,Arianne Papa,Alexander N. Katchman,S. I. Zakharov,Daniel Roybal,Jessica A. Hennessey,Jared Kushner,Lin Yang,Bi-Xing Chen,Alexander Kushnir,Katerina Dangas,Steven P. Gygi,Geoffrey S. Pitt,Henry M. Colecraft,Manu Ben‐Johny,Marian Kalocsay,Steven O. Marx
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:577 (7792): 695-700 被引量:194
标识
DOI:10.1038/s41586-020-1947-z
摘要

Increased cardiac contractility during the fight-or-flight response is caused by β-adrenergic augmentation of CaV1.2 voltage-gated calcium channels1–4. However, this augmentation persists in transgenic murine hearts expressing mutant CaV1.2 α1C and β subunits that can no longer be phosphorylated by protein kinase A—an essential downstream mediator of β-adrenergic signalling—suggesting that non-channel factors are also required. Here we identify the mechanism by which β-adrenergic agonists stimulate voltage-gated calcium channels. We express α1C or β2B subunits conjugated to ascorbate peroxidase5 in mouse hearts, and use multiplexed quantitative proteomics6,7 to track hundreds of proteins in the proximity of CaV1.2. We observe that the calcium-channel inhibitor Rad8,9, a monomeric G protein, is enriched in the CaV1.2 microenvironment but is depleted during β-adrenergic stimulation. Phosphorylation by protein kinase A of specific serine residues on Rad decreases its affinity for β subunits and relieves constitutive inhibition of CaV1.2, observed as an increase in channel open probability. Expression of Rad or its homologue Rem in HEK293T cells also imparts stimulation of CaV1.3 and CaV2.2 by protein kinase A, revealing an evolutionarily conserved mechanism that confers adrenergic modulation upon voltage-gated calcium channels. An in vivo approach to identify proteins whose enrichment near cardiac CaV1.2 channels changes upon β-adrenergic stimulation finds the G protein Rad, which is phosphorylated by protein kinase A, thereby relieving channel inhibition by Rad and causing an increased Ca2+ current.
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