Modelling and experimental analysis of the role of interacting cytosolic and vacuolar pools in shaping low temperature calcium signatures in plant cells.
Modelling and experimental analysis of the role of interacting cytosolic and vacuolar pools in shaping low temperature calcium signatures in plant cells.
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细胞质和液泡池相互作用在塑造植物细胞低温钙特征中的作用的建模和实验分析。
DOI：
10.1039/c2mb25072a
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发表时间：
2012
影响因子：
--
通讯作者：
Liu J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu J
理解植物中低温钙特征的一个主要挑战是定义这些特征如何从储存在植物细胞的不同亚细胞库中的不同分子组分的相互作用中出现。在这里，我们开发了一个整合的模型，包括在细胞质和液泡池中的Ca 2+，H+，K+，Cl−和ATP的相互作用。我们的分析揭示了这四种主要离子如何与ATP沿着形成一个复杂的网络，将钙信号的出现与其他响应（例如pH响应）联系起来。建模结果与细胞溶质游离钙浓度（[Ca 2 +]c）和pH值的实验观察结果一致。该模型进一步验证了实验测量的响应[Ca 2 +]c六个波动（而不是恒定）的温度曲线。我们发现，建模结果与实验观察，特别是在合理的协议，如果降低温度的速率相对较高。此外，我们表明，钙诱导的钙释放（CICR）在液泡膜和运输的离子从胞质池到液泡膜胞质池和液泡池之间的相互作用中发挥重要作用。结合起来，它们控制钙从液泡释放到胞质池的量和时间，形成特定的钙信号。这里开发的方法和原则建立了一个综合的观点，在塑造钙的签名一般的胞质和液泡池的作用，他们是普遍适用于多个亚细胞池的相互作用的研究。
A major challenge to understanding low temperature calcium signatures in plants is defining how these signatures emerge from the interactions of different molecular components that are stored in different subcellular pools of a plant cell. Here we develop an integrative model that incorporates the interactions of Ca2+, H+, K+, Cl− and ATP in both cytosolic and vacuolar pools. Our analysis reveals how these four major ions along with ATP forms a complex network to relate the emergence of calcium signatures to other responses (e.g. pH response). Modelling results are in agreement with experimental observations for both cytosolic free calcium concentration ([Ca2+]c) and pH. The model is further validated by experimentally measuring the response of [Ca2+]c to six fluctuating (rather than constant) temperature profiles. We found that modelling results are in reasonable agreement with experimental observations, in particular, if the rate of reducing temperature is relatively high. In addition, we show that both calcium-induced calcium release (CICR) at the vacuolar membrane and transport of ions from the cytosolic pool to the vacuolar membrane play important roles in the interaction between cytosolic and vacuolar pools. In combination they control the amount and timing of calcium release from the vacuolar to cytosolic pool, shaping the specific calcium signature. The methodology and principles developed here establish an integrative view on the role of cytosolic and vacuolar pools in shaping calcium signatures in general, and they are universally applicable to study of the interactions of multiple subcellular pools.
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