Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1034910.32607/20758251-2018-10-2-97-103Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleRole of the Scaffold Protein MIM in the Actin-Dependent Regulation of Epithelial Sodium Channels (ENaC)Роль адаптерного белка MIM в актинзависимой регуляции эпителиальных натриевых каналов (ENaC)ShuyskiyL. S.ШуйскийЛ. С.
Russian Federation
leonid.shuyskiy@gmail.comLevchenkoV. V.ЛевченкоВ. В.
United States
leonid.shuyskiy@gmail.comNegulyaevY. A.НегуляевЮ. А.
Russian Federation
leonid.shuyskiy@gmail.comStaruschenkoA. V.СтарущенкоА. В.
Russian Federation
leonid.shuyskiy@gmail.comIlatovskayaD. V.ИлатовскаяД. В.
United States
leonid.shuyskiy@gmail.comInstitute of Cytology of RASИнститут цитологии РАНMedical College of WisconsinСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоMedical College of WisconsinPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоMedical University of South Carolina15062018102VOL 10, NO2 (2018)ТОМ 10, №2 (2018)9710317012020Copyright ©; 2018, Shuyskiy L.S., Levchenko V.V., Negulyaev Y.A., Staruschenko A.V., Ilatovskaya D.V.Copyright ©; 2018, Шуйский Л.С., Левченко В.В., Негуляев Ю.А., Старущенко А.В., Илатовская Д.В.2018Shuyskiy L.S., Levchenko V.V., Negulyaev Y.A., Staruschenko A.V., Ilatovskaya D.V.Шуйский Л.С., Левченко В.В., Негуляев Ю.А., Старущенко А.В., Илатовская Д.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10349

Epithelial Sodium Channels (ENaCs) are expressed in different organs and tissues, particularly in the cortical collecting duct (CCD) in the kidney, where they fine tune sodium reabsorption. Dynamic rearrangements of the cytoskeleton are one of the common mechanisms of ENaC activity regulation. In our previous studies, we showed that the actin-binding proteins cortactin and Arp2/3 complex are involved in the cytoskeleton-dependent regulation of ENaC and that their cooperative work decreases a channel’s probability of remaining open; however, the specific mechanism of interaction between actin-binding proteins and ENaC is unclear. In this study, we propose a new component for the protein machinery involved in the regulation of ENaC, the missing-in-metastasis (MIM) protein. The MIM protein contains an IMD domain (for interaction with PIP2 -rich plasma membrane regions and Rac GTPases; this domain also possesses F-actin bundling activity), a PRD domain (for interaction with cortactin), and a WH2 domain (interaction with G-actin). The patch-clamp electrophysiological technique in whole-cell configuration was used to test the involvement of MIM in the actin-dependent regulation of ENaC. Co-transfection of ENaC subunits with the wild-type MIM protein (or its mutant forms) caused a significant reduction in ENaC-mediated integral ion currents. The analysis of the F-actin structure after the transfection of MIM plasmids showed the important role played by the domains PRD and WH2 of the MIM protein in cytoskeletal rearrangements. These results suggest that the MIM protein may be a part of the complex of actin-binding proteins which is responsible for the actin-dependent regulation of ENaC in the CCD.

Эпителиальные натриевые каналы (ENaC) располагаются на апикальной мембране клеток различных эпителиев, в частности, в собирательных трубочках почки, где обеспечивают тонкую регуляцию реабсорбции ионов натрия. Динамические перестройки актинового цитоскелета являются одним из основных механизмов регуляции активности ENaC. В этот процесс вовлечены актинсвязывающие белки кортактин и комплекс Arp2/3, которые уменьшают вероятность открытого состояния канала; однако до сих пор неизвестны конкретные звенья регуляции активности ENaC. Мы предположили, что одним из компонентов регуляции может быть адаптерный белок MIM (missing-in-metastasis), обладающий доменами связывания с PIP2 -богатыми участками плазматической мембраны, микрофиламентами, GTP-азами Rac (домен IMD), а также кортактином (домен PRD) и G-актином (домен WH2). Вовлечение белка MIM в актин-зависимую регуляцию ENaC изучали с использованием метода локальной фиксации потенциала (patchclamp) в конфигурации whole-cell на модели временной трансфекции клеток линии CHO. Котрансфекция субъединиц ENaC с белком MIM или его мутантными формами привела к уменьшению плотности ENaC опосредованного тока. Временная трансфекция клеток разными формами белка MIM выявила важную роль доменов PRD и WH2 в индукции перестроек актинового цитоскелета. Результаты электрофизиологических исследований и окрашивание актинового цитоскелета дают основание предполагать, что белок MIM, вероятно, входит в состав мультибелкового комплекса, отвечающего за актин-зависимую регуляцию активности ENaC.

ENaCMIMcortactinArp2/3 complexcytoskeletonENaCMIMкортактинкомплекс Arp2/3актиновый цитоскелетThis work was supported by grants from the National Heart, Lung, and Blood Institute (R35 HL135749 and R01 HL108880) and the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease (R00 DK105160).Работа поддержана грантами National Heart, Lung, and Blood Institute (R35 HL135749 and R01 HL108880) и National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Disease (R00 DK105160).[1] Janmey P.A. // Physiol Rev. 1998, V.78, №3, P.763-781[2] Le Clainche C., Carlier M.F. // Physiol Rev. 2008, V.88, №2, P.489-513[3] Wang Q., Zheng W., Wang Z., Yang J., Hussein S., Tang J., Chen X.Z. // PLoS One. 2015, V.10, №4, e0123018[4] Sudarikova A.V., Tsaplina O.A., Chubinskiy-Nadezhdin V.I., Morachevskaya E.A., Negulyaev Y.A. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2015, V.461, №1, P.54-58[5] Karpushev A.V., Ilatovskaya D.V., Staruschenko A. // BMC Res. Notes. 2010, V.3, P.210[6] Alli A.A., Bao H.F., Liu B.C., Yu L., Aldrugh S., Montgomery D.S., Ma H.P., Eaton D.C. // Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2015, V.309, №5, P.F456-463[7] Sasaki S., Yui N., Noda Y. // Biochim. Biophys. Acta. 2014, V.1838, №2, P.514-520[8] Rooj A.K., Liu Z., McNicholas C.M., Fuller C.M. // Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2015, V.309, №5, P.C308-319[9] Karpushev A.V., Levchenko V., Ilatovskaya D.V., Pavlov T.S., Staruschenko A. // Hypertension. 2011, V.57, №5, P.996-1002[10] Karpushev A.V., Ilatovskaya D.V., Pavlov T.S., Negulyaev Y.A., Staruschenko A. // PLoS One. 2010, V.5, №1, e8827[11] Shin S.H., Lee E.J., Hyun S., Chun J., Kim Y., Kang S.S. // Cell Signal. 2012, V.24, №3, P.641-651[12] Jovov B., Tousson A., Ji H.L., Keeton D., Shlyonsky V., Ripoll P.J., Fuller C.M., Benos D.J. // J. Biol. Chem. 1999, V.274, №53, P.37845-37854[13] Copeland S.J., Berdiev B.K., Ji H.L., Lockhart J., Parker S., Fuller C.M., Benos D.J. // Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 2001, V.281, №1, P.C231-240[14] Mazzochi C., Bubien J.K., Smith P.R., Benos D.J. // J. Biol. Chem. 2006, V.281, №10, P.6528-6538[15] Noda Y., Horikawa S., Katayama Y., Sasaki S. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004, V.322, №3, P.740-745[16] Noda Y., Sasaki S. // Biochim. Biophys. Acta. 2006, V.1758, №8, P.1117-1125[17] Moeller H.B., Praetorius J., Rutzler M.R., Fenton R.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, №1, P.424-429[18] Rogan M.P., Stoltz D.A., Hornick D.B. // Chest. 2011, V.139, №6, P.1480-1490[19] Cantiello H.F. // Exp. Physiol. 1996, V.81, №3, P.505-514[20] Chasan B., Geisse N.A., Pedatella K., Wooster D.G., Teintze M., Carattino M.D., Goldmann W.H., Cantiello H.F. // Eur. Biophys. J. 2002, V.30, №8, P.617-624[21] Negulyaev Y.A., Vedernikova E.A., Maximov A.V. // Mol. Biol .Cell. 1996, V.7, №12, P.1857-1864[22] Negulyaev Y.A., Khaitlina S.Y., Hinssen H., Shumilina E.V., Vedernikova E.A. // J. Biol. Chem. 2000, V.275, №52, P.40933-40937[23] Chubinskiy-Nadezhdin V.I., Sudarikova A.V., Nikolsky N.N., Morachevskaya E.A. // Dokl. Biochem, Biophys. 2013, V.450, P.126-129[24] Chubinskiy-Nadezhdin V.I., Negulyaev Y.A., Morachevskaya E.A. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2011, V.412, №1, P.80-85[25] Cantiello H.F., Stow J.L., Prat A.G., Ausiello D.A. // Am. J. Physiol. 1991, V.261, №5, Pt1, P.C882-888[26] Staruschenko A., Negulyaev Y.A., Morachevskaya E.A. // Biochim. Biophys. Acta. 2005, V.1669, №1, P.53-60[27] Kleyman T.R., Cragoe E.J. Jr. // Semin, Nephrol. 1988, V.8, №3, P.242-248[28] Staruschenko A., Adams E., Booth R.E., Stockand J.D. // Biophys. J. 2005, V.88, №6, P.3966-3975[29] Canessa C.M., Schild L., Buell G., Thorens B., Gautschi I., Horisberger J.D., Rossier B.C. // Nature 1994, V.367, №6462, P.463-467[30] Garty H., Palmer L.G. // Physiol Rev. 1997, V.77, №2, P.359-396[31] Alvarez de la Rosa D., Canessa C.M., Fyfe G.K., Zhang P. // Annu. Rev. Physiol. 2000, V.62, P.573-594[32] Mazzochi C., Benos D.J., Smith P.R. // Am. J. Physiol. Renal. Physiol. 2006. V. 291. № 6. P. F1113-1122. 2006, V.291, №6, P.F1113-1122[33] Rotin D., Bar-Sagi D., O’Brodovich H., Merilainen J., Lehto V.P., Canessa C.M., Rossier B.C., Downey G.P. // EMBO J. 1994, V.13, №19, P.4440-4450[34] Smith P.R., Saccomani G., Joe E.H., Angelides K.J., Benos D.J. // Proc .Natl. Acad. Sci. USA. 1991, V.88, №16, P.6971-6975[35] Klemens C.A., Edinger R.S., Kightlinger L., Liu X., Butterworth M.B. // J. Biol. Chem. 2017, V.292, №1, P.375-385[36] Ilatovskaya D.V., Pavlov T.S., Levchenko V., Negulyaev Y.A., Staruschenko A. // FASEB J. 2011, V.25, №8, P.2688-2699[37] Lee Y.G., Macoska J.A., Korenchuk S., Pienta K.J. // Neoplasia. 2002, V.4, №4, P.291-294[38] Mattila P.K., Salminen M., Yamashiro T., Lappalainen P. // J. Biol. Chem. 2003, V.278, №10, P.8452-8459[39] Machesky L.M., Johnston S.A. // J. Mol. Med. (Berl.). 2007, V.85, №6, P.569-576[40] Nixdorf S., Grimm M.O., Loberg R., Marreiros A., Russell P.J., Pienta K.J., Jackson P. // Cancer Lett. 2004, V.215, №2, P.209-220[41] Bompard G., Sharp S.J., Freiss G., Machesky L.M. // J. Cell. Sci. 2005, V.118, Pt22, P.5393-5403[42] Dawson J.C., Bruche S., Spence H.J., Braga V.M., Machesky L.M. // PLoS One. 2012, V.7, №3, e31141[43] Mertz K.D., Pathria G., Wagner C., Saarikangas J., Sboner A., Romanov J., Gschaider M., Lenz F., Neumann F., Schreiner W. // Nat. Commun. 2014, V.5, P.3465[44] Ma S., Guan X.Y., Lee T.K., Chan K.W. // Hum. Pathol. 2007, V.38, №8, P.1201-1206[45] Lin J., Liu J., Wang Y., Zhu J., Zhou K., Smith N., Zhan X. // Oncogene. 2005, V.24, №12, P.2059-2066[46] Yamagishi A., Masuda M., Ohki T., Onishi H., Mochizuki N. // J. Biol. Chem. 2004, V.279, №15, P.14929-14936[47] Woodings J.A., Sharp S.J., Machesky L.M. // Biochem. J. 2003, V.371, Pt2, P.463-471[48] Lee S.H., Kerff F., Chereau D., Ferron F., Klug A., Dominguez R. // Structure. 2007, V.15, №2, P.145-155[49] Mattila P.K., Pykalainen A., Saarikangas J., Paavilainen V.O., Vihinen H., Jokitalo E., Lappalainen P. // J. Cell. Biol. 2007, V.176, №7, P.953-964[50] Cao M., Zhan T., Ji M., Zhan X. // Biochem. J. 2012, V.446, №3, P.469-475[51] Xia S., Li X., Johnson T., Seidel C., Wallace D.P., Li R. // Development. 2010, V.137, №7, P.1075-1084[52] Saarikangas J., Mattila P.K., Varjosalo M., Bovellan M., Hakanen J., Calzada-Wack J., Tost M., Jennen L., Rathkolb B., Hans W. // J. Cell. Sci. 2011, V.124, Pt8, P.1245-1255[53] Staruschenko A., Pochynyuk O.M., Tong Q., Stockand J.D. // Biochim. Biophys. Acta. 2005, V.1669, №2, P.108-115[54] Zhao H., Pykalainen A., Lappalainen P. // Curr. Opin. Cell. Biol. 2011, V.23, №1, P.14-21