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Cold temperature induces mucin hypersecretion from normal human bronchial epithelial cells in vitro through a transient receptor potential melastatin 8 (TRPM8)–mediated mechanism - 28/08/11

Doi : 10.1016/j.jaci.2011.04.032 
MinChao Li, PhD a, Qi Li, PhD a, Gang Yang, PhD b, Victor P. Kolosov, MD, PhD c, Juliy M. Perelman, MD, PhD c, Xiang Dong Zhou, MD, PhD a,
a Department of Respiratory Medicine, Second Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, China 
b Department of Neurosurgery, First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, China 
c Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration, Siberian Branch, Russian Academy of Medical Sciences, Blagoveschensk, Russia 

Reprint requests: Xiang Dong Zhou, MD, PhD, Department of Respiratory Medicine, Second Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, No. 74, Linjiang Road, Yuzhong District, Chongqing 400010, China.

Abstract

Background

Cold air stimulus is a major environmental factor that exacerbates chronic inflammatory airway diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and asthma. At the molecular level, cold is detected by transient receptor potential melastatin 8 (TRPM8). To date, TRPM8 expression has not been characterized in the airway epithelium of patients with COPD. The role of TRPM8 channels in a series of airway responses induced by cold stimuli and the molecular and biochemical pathways of TRPM8 in regulating cold-induced responses are largely unknown.

Objective

We sought to explore the role of TRPM8 in cold air–provoked mucus hypersecretion and the potential signaling pathway involved in this process.

Methods

The expression of TRPM8 in the bronchial epithelium was examined by means of immunohistochemistry, RT-PCR, and Western blotting. TRPM8 receptor function and hydrolysis of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) were characterized by means of Ca2+ imaging and spatiotemporal dynamics of phospholipase C (PLC) δ1–pleckstrin homology–green fluorescent protein, respectively. The expression of MUC5AC mRNA and MUC5AC mucin protein was measured by using real-time PCR and ELISA, respectively. Four serine residues in the myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS)–phosphorylation site domain were mutated to identify the function of MARCKS in TRPM8-mediated airway mucus hypersecretion.

Results

TRPM8 protein and mRNA expression were significantly increased in patients with COPD compared with expression seen in healthy subjects. Cold produced robust increases in intracellular Ca2+ levels and promoted translocation of PLCδ1–pleckstrin homology–green fluorescent protein. Cold increased expression of MUC5AC mRNA and intracellular and secreted MUC5AC protein in a nonsustained way. Phosphorylation site domain–mutant MARCKS cDNA hindered MUC5AC secretion induced by cold.

Conclusions

These results indicate that the TRPM8 receptor is involved in cold-induced mucus hypersecretion through the Ca2+-PLC-PIP2-MARCKS signaling pathway.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Transient receptor potential melastatin 8, mucus hypersecretion, MUC5AC, cold air, myristoylated alanine-rich C kinase substrate, Ca2+, phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate

Abbreviations used : BCTC, COPD, ER, ERK, FVC, GAPDH, GFP, IP3, MARCKS, NHBE, PH, PIP2, PKC, PLC, PSD, shRNA, TRP, TRPM8


Plan


 Supported by the National Nature Science Foundation of China (no. NSF81070031) and the China-Russia Cooperation Research Foundation (no. NSF81011120108; RFBR10-04-91160).
 Disclosure of potential conflict of interest: The authors have declared that they have no conflict of interest.


© 2011  American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 128 - N° 3

P. 626 - septembre 2011 Retour au numéro
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