Colocalization of L-type Ca(2+) channels and ryanodine receptors in cardiac myocytes of the rat: Immunoconfocal and immunogold study

Abstract

In the Excitation-Contraction (E-C) coupling of cardiac muscle, a key event is Ca(2+) release from the Sarcoplasmic Reticulum (SR) via the Ryanodine Receptors (RyRs) triggered by Ca(2+) influx through the plasma membrane L-type Ca(2+) channel (Dihydropyridine Receptors, DHPRs). This process is known as Ca(2+) induced Ca(2+) release. A spatial association of DHPRs and RyRs may provide a structural basis for the functional coupling of Ca(2+) influx to SR Ca(2+) release, but a definitive demonstration of such organization in mammals has so far been lacking. Immunoconfocal and high-resolution immunogold electron microscopy was applied to demonstrate co-localization of DHPRs and RyRs in rat ventricular muscle. Immunoconfocal microscopy revealed that both DHPRs and RyRs were distributed in regularly-spaced transversed striations at the at the level of T-tubules. Immunogold labeling was found at dyad junctions formed between the T-tubules and the terminal cistern of SR (junctional SR, jSR), where the DHPR-labeled gold was located on the T-tubules and the RyR-labeled gold was located on the jSR. These findings would provide direct evidence of spatial coupling of DHPRs and RyRs, and this could account for the mechanism of Ca(2+)-induced Ca(2+) release in cardiac E-C coupling.

心筋の興奮・収縮(E-C)連結での主要なイベントは、リアノジンレセプタ(RyR)を介した筋小胞体(SR)からのCa(2+)放出である。この放出は、細胞質膜のL型Ca(2+)チャンネル(ジヒドロピリジンレセプタ、DHPR)を通じたCa2(+)流入がきっかけとなって起こるため、このプロセスはCa(2+)誘発性Ca(2+)放出として知られている。DHPRとRyRの空間的関係から、Ca(2+)流入をSRからのCa(2+)放出と機能的に結び付けるための構造的基礎を導くことができると思われる。しかし、これまでのところ哺乳類でそのような構造が確認されたことはない。本研究では免疫学的共焦点immunogold電子顕微鏡を使用して、ラット心室筋のDHPRとRyRの局在性を検討した。共焦点顕微鏡では、DHPRもRyRも規則的に配置された横線上に分布していることがT管レベルで確認された。immunogold標識は、T管とSRの終末槽との間に形成されたダイアド結合部(結合SR、jSR)に認められた。一方、DHPRで標識した金はT管に、RyRで標識した金はjSRに局在していた。この所見は、DHPRとRyRの空間的結合を直接に示す証拠と思われ、またこのことから心臓のE-C連結におけるCa(2+)誘発性Ca(2+)放出のメカニズムを説明することができる。