心筋細胞の接着性を高めるためには、プラコグロビンを介したアドレナリンシグナル誘導性の円板間膜の構造強化が重要であることを明らかにした

Adrenergic Signaling-Induced Ultrastructural Strengthening of Intercalated Discs via Plakoglobin Is Crucial for Positive Adhesiotropy in Murine Cardiomyocytes.

• Sunil Yeruva
• Ellen Kempf
• Desalegn Tadesse Egu
• Heinrich Flaswinkel
• Daniela Kugelmann
• Jens Waschke

抄録

隣接する心筋細胞をつなぐ核間ディスク（ICD）は、デスモソーム、接着接合部（AJ）、ギャップ接合部（GJ）から構成されている。これまでのデータでは、アドレナリンシグナルがプラコグロビン（PG）のPKAリン酸化を介して心筋細胞の凝集力を高めることが示されていたが、それが心筋細胞の凝集力を高めるのかどうかは不明であった。しかし、ポジティブアドヒーシャスシオトロピーがICDの超微細構造の変化を引き起こすかどうかは不明であった。そこで、我々は、心筋細胞のICDにおけるアドレナリンシグナルを介した超微細構造変化におけるPGの役割をさらに検討した。定量的透過型電子顕微鏡（TEM）を用いてICDを解析したところ、cAMPの上昇は、心筋細胞の凝集力を高めることと平行して、心筋細胞の面積の伸長とICDプラークの肥厚を引き起こすことが明らかになった。また、cAMP の上昇は、PG 欠損心筋細胞ではなく、WT 心筋細胞の ICD におけるデスモグレイン-2 (Dsg2) と N-カドヘリン (N-cad) の重複染色を促進することを STED 顕微鏡で解析した。動的解析にはHL-1心筋細胞を用いた。この心筋細胞では、cAMPの上昇はDsg2とPGの細胞接合部への転座を誘導するが、N-cadの細胞接合部への転座は誘導しなかった。それにもかかわらず、N-cadを枯渇させると基底細胞の凝集力が低下するのに対し、Dsg2を枯渇させた単分子膜では陽性の接着性が消失した。WTマウスでは、cAMP上昇後に観察された超胸郭の変化は、セリン665でのPGのリン酸化と平行していた。我々のデータは、マウスの心臓において、アドレナリンシグナルがICDのN-cadとDsg2を増強し、それと並行してICDの超硬直強化が起こることを示しており、正の接着性によって誘導される効果はPgに厳密に依存していることを示している。

Intercalated discs (ICDs), which connect adjacent cardiomyocytes, are composed of desmosomes, adherens junctions (AJs) and gap junctions (GJs). Previous data demonstrated that adrenergic signaling enhances cardiac myocyte cohesion, referred to as positive adhesiotropy, via PKA-mediated phosphorylation of plakoglobin (PG). However, it was unclear whether positive adhesiotropy caused ultrastructural modifications of ICDs. Therefore, we further investigated the role of PG in adrenergic signaling-mediated ultrastructural changes in the ICD of cardiomyocytes. Quantitative transmission electron microscopy (TEM) analysis of ICD demonstrated that cAMP elevation caused significant elongation of area composita and thickening of the ICD plaque, paralleled by enhanced cardiomyocyte cohesion, in WT but not PG-deficient cardiomyocytes. STED microscopy analysis supported that cAMP elevation enhanced overlap of desmoglein-2 (Dsg2) and N-cadherin (N-cad) staining in ICDs of WT but not PG-deficient cardiomyocytes. For dynamic analyses, we utilized HL-1 cardiomyocytes, in which cAMP elevation induced translocation of Dsg2 and PG but not of N-cad to cell junctions. Nevertheless, depletion of N-cad but not of Dsg2 resulted in a decrease in basal cell cohesion whereas positive adhesiotropy was abrogated in monolayers depleted for either Dsg2 or N-cad. In the WT mice, ultrastrutural changes observed after cAMP elevation were paralleled by phosphorylation of PG at serine 665. Our data demonstrate that in murine hearts adrenergic signaling enhanced N-cad and Dsg2 in the ICD paralleled by ultrastrutural strengthening of ICDs and that effects induced by positive adhesiotropy were strictly dependent on Pg.

Copyright © 2020 Yeruva, Kempf, Egu, Flaswinkel, Kugelmann and Waschke.