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Erschienen in: Acta Neuropathologica 2/2023

19.06.2023 | Original Paper

Defective cerebellar ryanodine receptor type 1 and endoplasmic reticulum calcium ‘leak’ in tremor pathophysiology

verfasst von: Regina T. Martuscello, Meng-Ling Chen, Steven Reiken, Leah R. Sittenfeld, David S. Ruff, Chun-Lun Ni, Chih-Chun Lin, Ming-Kai Pan, Elan D. Louis, Andrew R. Marks, Sheng-Han Kuo, Phyllis L. Faust

Erschienen in: Acta Neuropathologica | Ausgabe 2/2023

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Abstract

Essential Tremor (ET) is a prevalent neurological disease characterized by an 8–10 Hz action tremor. Molecular mechanisms of ET remain poorly understood. Clinical data suggest the importance of the cerebellum in disease pathophysiology, and pathological studies indicate Purkinje Cells (PCs) incur damage. Our recent cerebellar cortex and PC-specific transcriptome studies identified alterations in calcium (Ca2+) signaling pathways that included ryanodine receptor type 1 (RyR1) in ET. RyR1 is an intracellular Ca2+ release channel located on the Endoplasmic Reticulum (ER), and in cerebellum is predominantly expressed in PCs. Under stress conditions, RyR1 undergoes several post-translational modifications (protein kinase A [PKA] phosphorylation, oxidation, nitrosylation), coupled with depletion of the channel-stabilizing binding partner calstabin1, which collectively characterize a “leaky channel” biochemical signature. In this study, we found markedly increased PKA phosphorylation at the RyR1-S2844 site, increased RyR1 oxidation and nitrosylation, and calstabin1 depletion from the RyR1 complex in postmortem ET cerebellum. Decreased calstabin1-RyR1-binding affinity correlated with loss of PCs and climbing fiber-PC synapses in ET. This ‘leaky’ RyR1 signature was not seen in control or Parkinson’s disease cerebellum. Microsomes from postmortem cerebellum demonstrated excessive ER Ca2+ leak in ET vs. controls, attenuated by channel stabilization. We further studied the role of RyR1 in tremor using a mouse model harboring a RyR1 point mutation that mimics constitutive site-specific PKA phosphorylation (RyR1-S2844D). RyR1-S2844D homozygous mice develop a 10 Hz action tremor and robust abnormal oscillatory activity in cerebellar physiological recordings. Intra-cerebellar microinfusion of RyR1 agonist or antagonist, respectively, increased or decreased tremor amplitude in RyR1-S2844D mice, supporting a direct role of cerebellar RyR1 leakiness for tremor generation. Treating RyR1-S2844D mice with a novel RyR1 channel-stabilizing compound, Rycal, effectively dampened cerebellar oscillatory activity, suppressed tremor, and normalized cerebellar RyR1-calstabin1 binding. These data collectively support that stress-associated ER Ca2+ leak via RyR1 may contribute to tremor pathophysiology.
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Literatur
26.
Zurück zum Zitat Haubenberger D, Abbruzzese G, Bain PG, Bajaj N, Benito-León J, Bhatia KP et al (2016) Transducer-based evaluation of tremor. Mov Disord 31(9):1327–1336CrossRefPubMedPubMedCentral Haubenberger D, Abbruzzese G, Bain PG, Bajaj N, Benito-León J, Bhatia KP et al (2016) Transducer-based evaluation of tremor. Mov Disord 31(9):1327–1336CrossRefPubMedPubMedCentral
Metadaten
Titel
Defective cerebellar ryanodine receptor type 1 and endoplasmic reticulum calcium ‘leak’ in tremor pathophysiology
verfasst von
Regina T. Martuscello
Meng-Ling Chen
Steven Reiken
Leah R. Sittenfeld
David S. Ruff
Chun-Lun Ni
Chih-Chun Lin
Ming-Kai Pan
Elan D. Louis
Andrew R. Marks
Sheng-Han Kuo
Phyllis L. Faust
Publikationsdatum
19.06.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Acta Neuropathologica / Ausgabe 2/2023
Print ISSN: 0001-6322
Elektronische ISSN: 1432-0533
DOI
https://doi.org/10.1007/s00401-023-02602-z

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