Two Types of Cellular Serotonin Biosensors

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The method of cellular biosensors, which allows local detection of substances secreted by single cells, is traditionally used for studying the peripheral taste system. This method is based on cells that can detect secreted molecules with surface receptors coupled to the mobilization of intracellular Ca2+. Thus, the neurotransmitter release can be tracked on-line by Ca2+ signals generated by a cell-biosensor. A specific feature of such cellular biosensors is that Са2+ signals induced by GPCR ligands may be generated in the “all-or-nothing” manner due to the involvement of trigger-like mechanism, that is Ca2+-induced Ca2+ release (CICR). Although such a sensor validates the fact of neurotransmitter secretion, it does not allow studying regulatory circuits controlling the quantity of the released substance. This implies that biosensors, which are based on distinct intracellular signaling pathways, such as for cAMP signaling, could be more informative. Here we generated two types of serotonin biosensors. One was based on CHO cells expressing the recombinant 5-HT2C receptor coupled by the phospholipase pathway to Ca2+ mobilization. Another involved HEK-293 cells that expressed both 5-HT2C receptor coupled to adenylyl cyclase and the fluorescent protein Pink Flamindo serving as genetically encoded cAMP sensor. Although both cellular biosensors allow detection of nanomolar serotonin, 5-НТ2С cells generated Ca2+ responses in the “all-or-nothing” manner. In contrast, in 5-HT4 and Pink Flamindo expressing cells, serotonin-triggered cAMP responses gradually rose with agonist concentration in the range of 0.3–30 nM. It thus appears that the 5-НТ4/Pink Flamindo biosensor is suitable for studying regulatory mechanism of serotonin secretion.

About the authors

O. A. Rogachevskaja

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, FRC PSCBR RAS

Author for correspondence.
Email: o.rogachevskaja@gmail.com
Russia, 142290, Moscow oblast, Pushchino

A. P. Cherkashin

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, FRC PSCBR RAS

Email: o.rogachevskaja@gmail.com
Russia, 142290, Moscow oblast, Pushchino

Е. Е. Kopylova

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, FRC PSCBR RAS

Email: o.rogachevskaja@gmail.com
Russia, 142290, Moscow oblast, Pushchino

M. F. Bystrova

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, FRC PSCBR RAS

Email: o.rogachevskaja@gmail.com
Russia, 142290, Moscow oblast, Pushchino

References

  1. Neher E. 1995. The use of Fura-2 for estimating Ca buffers and Ca fluxes. Neuropharm. 11, 1423–1442.
  2. Huang Y.J., Maruyama Y., Lu K.S., Pereira, E., Plonsky, I., Baur, J.E., Wu, D., Roper, S.D. 2005. Mouse taste buds use serotonin as a neurotransmitter. J. Neurosci. 25, 843–847.
  3. Huang, Y.J., Maruyama Y., Dvoryanchikov G., Pereira E., Chaudhari N., Roper S.D. 2007. The role of pannexin 1 hemichannels in ATP release and cell-cell communication in mouse taste buds. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 6436–6441.
  4. Romanov R.A., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Jiang P., Margolskee R.F., Kolesnikov S.S. 2007. Afferent neurotransmission mediated by hemichannels in mammalian taste cells. EMBO J. 26, 657–667.
  5. Huang Y.A., Maruyama Y., Roper S.D. 2008. Norepinephrine is coreleased with serotonin in mouse taste buds. J. Neurosci. 28, 13088–13093.
  6. Huang Y.A., Pereira E., Roper S.D. 2011. Acid stimulation (sour taste) elicits GABA and serotonin release from mouse taste cells. PLoS ONE. 6, e25471.
  7. Dando, R., Roper, S.D. 2012. Acetylcholine is released from taste cells, enhancing taste signalling. J. Physiol. 590, 3009–3017.
  8. Yee C.L., Yang R., Bottger B., Finger T.E., Kinnamon J.C. 2001. “Type III” cells of rat taste buds: immunohistochemical and ultrastructural studies of neuron-specific enolase, protein gene product 9.5, and serotonin. J. Comp. Neurol. 440 (1), 97–108.
  9. Cherkashin A.P., Rogachevskaja O.A., Kabanova N.V., Kotova P.D., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. 2022. Taste cells of the type III employ CASR to maintain steady serotonin exocytosis at variable Ca2+ in the extracellular medium. Cells. 11(8), 1369.
  10. Kotova P.D., Bystrova M.F., Rogachevskaja O.A., Khokhlov A.A., Sysoeva V.Y., Tkachuk V.A., Kolesnikov S.S. 2018. Coupling of P2Y receptors to Ca2+ mobilization in mesenchymal stromal cells from the human adipose tissue. Cell Calcium. 71, 1–14.
  11. Berg K.A., Clarke W.P., Sailstad C., Saltzman A., Maayani S. 1994 Signal transduction differences between 5-hydroxytryptamine type 2A and type 2C receptor systems. Mol. Pharmacol. 46, 477–484.
  12. Barnes N.M., Ahern G.P., Becamel C., Bockaert J., Camilleri M., Chaumont-Dubel S., Claeysen S., Cunningham K.A., Fone K. C., Gershon M., Di Giovanni G., Goodfellow N.M., Halberstadt A.L., Hartley R.M., Hassaine G., Herrick-Davis K., Hovius R., Lacivita E., Lambe E.K., Leopoldo M., Levy F.O., Lummis S.C.R., Marin P., Maroteaux L., McCreary A.C., Nelson D.L., Neumaier J.F., Newman-Tancredi A., Nury H., Roberts A., Roth B. L., Roumier A., Sanger G.J., Teitler M., Sharp T., Villalón C.M., Vogel H., Watts S.W., Hoyer D. 2021. Classification of receptors for 5-hydroxytryptamine. Pharmacology and Function. Pharmacol. Rev. 73 (1), 310–520.
  13. Harada K., Ito M., Wang X., Tanaka M., Wongso D., Konno A., Hirai H., Hirase H., Tsuboi T., Kitaguchi T. 2017. Red fluorescent protein-based cAMP indicator applicable to optogenetics and in vivo imaging. Sci. Rep. 7, 735.
  14. Котова П.Д., Рогачевская О.А. 2020. Клеточная тест-система с генетически кодируемыми сенсорами цитоплазматического и ретикулярного кальция. Биол. мембраны. 37 (5), 373–380.
  15. Kotova P.D., Sysoeva V.Y., Rogachevskaja O.A., Bystrova M.F., Kolesnikova A.S., Tyurin-Kuzmin P.A., Fadeeva J.I., Tkachuk V.A., Kolesnikov S.S. 2014. Functional expression of adrenoreceptors in mesenchymal stromal cells derived from the human adipose tissue. Biochim. Biophys. Acta. 1843, 1899–1908.
  16. Kaimachnikov N.P., Kotova P.D., Kochkina E.N., Rogachevskaja, O.A., Khokhlov A.A., Bystrova M.F., Kolesnikov S.S. 2021. Modeling of Ca2+ transients initiated by GPCR agonists in mesenchymal stromal cells. BBA Adv. 1, 100012.
  17. Park J.B., Lee C.S., Jang J.H., Ghim J., Kim Y.J., You S., Hwang D., Suh P. G., Ryu S.H. 2012. Phospholipase signalling networks in cancer. Nat. Rev. Cancer. 12, 782–792.
  18. Atakpa-Adaji P., Thillaiappan N.B., Taylor C.W. 2020. IP3 receptors and their intimate liaisons. Curr. Opin. Physiol. 17, 9–16.
  19. Masson J., Emerit M.B., Hamon M., Darmon M. 2012. Serotonergic signaling: Multiple effectors and pleiotropic effects. WIREs Membr. Transp. Signal 1, 685–713.
  20. Sassone-Corsi P. 2012. The cyclic AMP pathway. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 4, a011148.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (241KB)

Copyright (c) 2023 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».