Modeling the role of endoplasmic reticulum-mitochondria microdomains in calcium dynamics

内质网 线粒体 细胞生物学 动力学(音乐) 钙信号传导 化学 生物 信号转导 物理 声学 有机化学
作者
Arash Moshkforoush,Baarbod Ashenagar,Nikolaos M. Tsoukias,B. Rita Alevriadou
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:9 (1) 被引量:22
标识
DOI:10.1038/s41598-019-53440-7
摘要

Upon inositol trisphosphate (IP3) stimulation of non-excitable cells, including vascular endothelial cells, calcium (Ca2+) shuttling between the endoplasmic reticulum (ER) and mitochondria, facilitated by complexes called Mitochondria-Associated ER Membranes (MAMs), is known to play an important role in the occurrence of cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]Cyt) oscillations. A mathematical compartmental closed-cell model of Ca2+ dynamics was developed that accounts for ER-mitochondria Ca2+ microdomains as the µd compartment (besides the cytosol, ER and mitochondria), Ca2+ influx to/efflux from each compartment and Ca2+ buffering. Varying the distribution of functional receptors in MAMs vs. the rest of ER/mitochondrial membranes, a parameter called the channel connectivity coefficient (to the µd), allowed for generation of [Ca2+]Cytoscillations driven by distinct mechanisms at various levels of IP3 stimulation. Oscillations could be initiated by the transient opening of IP3 receptors facing either the cytosol or the µd, and subsequent refilling of the respective compartment by Ca2+ efflux from the ER and/or the mitochondria. Only under conditions where the µd became the oscillation-driving compartment, silencing the Mitochondrial Ca2+ Uniporter led to oscillation inhibition. Thus, the model predicts that alternative mechanisms can yield [Ca2+]Cyt oscillations in non-excitable cells, and, under certain conditions, the ER-mitochondria µd can play a regulatory role.

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