Abstract
Evolution has exploited the chemical properties of Ca2+, which facilitate its reversible binding to the sites of irregular geometry offered by biological macromolecules, to select it as a carrier of cellular signals. A number of proteins bind Ca2+ to specific sites: those intrinsic to membranes play the most important role in the spatial and temporal regulation of the concentration and movements of Ca2+ inside cells. Those which are soluble, or organized in non-membranous structures, also decode the Ca2+ message to be then transmitted to the targets of its regulation. Since Ca2+ controls the most important processes in the life of cells, it must be very carefully controlled within the cytoplasm, where most of the targets of its signaling function reside. Membrane channels (in the plasma membrane and in the organelles) mediate the entrance of Ca2+ into the cytoplasm, ATPases, exchangers, and the mitochondrial Ca2+ uptake system remove Ca2+ from it. The concentration of Ca2+ in the external spaces, which is controlled essentially by its dynamic exchanges in the bone system, is much higher than inside cells, and can, under conditions of pathology, generate a situation of dangerous internal Ca2+ overload. When massive and persistent, the Ca2+ overload culminates in the death of the cell. Subtle conditions of cellular Ca2+ dyshomeostasis that affect individual systems that control Ca2+, generate cell disease phenotypes that are particularly severe in tissues in which the signaling function of Ca2+ has special importance, e.g., the nervous system.
Please cite as: Met. Ions Life Sci. 13 (2013) 81–137
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Similar content being viewed by others
References
W. S. Fyfe, Geochemistry, Clarendon Press, Oxford, 1974.
F. H. Day, The Chemical Elements in Nature, George Harrup, London, 1963.
A. Kornberg, J. A. Spudich, D. L. Nelson, M. P. Deutscher, Annu. Rev. Biochem. 1975, 37, 51–78.
H. O. Halverson, Soc. Gen. Micro. Symp. 1963, 13, 343–368.
J. S. Woodhead, in Biochemical Aspects of Human Disease, Ed R. S. Elkeles, Blackwell, Oxford, 1982.
J. A. Ruben, A. F. Bennett, Nature 1981, 291, 411–413.
S. Omelon, J. Georgiou, Z. J. Henneman, L. M. Wise, B. Sukhu, T. Hunt, C. Wynnyckyj, D. Holmyard, R. Bielecki, M. D. Grynpas, PLoS One 2009, 4, e5634.
S. Mundlos, B. R. Olsen, FASEB J. 1997, 11, 227–233.
J. Kirkham, S. J. Brookes, R. C. Shore, W. A. Bonass, D. A. Smith, M. L. Wallwork, C. Robinson, Connect. Tissue Res. 1998, 38, 91–100; discussion 139–145.
W. Tong, M. J. Glimcher, J. L. Katz, L. Kuhn, S. J. Eppell, Calcif. Tissue Int. 2003, 72, 592–598.
A. L. Boskey, Curr. Osteoporos. Rep. 2006, 4, 71–75.
K. Verdelis, L. Lukashova, M. Yamauchi, P. Atsawasuwan, J. T. Wright, M. G. Peterson, D. Jha, A. L. Boskey, Eur. J. Oral. Sci. 2007, 115, 296–302.
A. Carden, M. D. Morris, J. Biomed. Opt. 2000, 5, 259–268.
G. N. Ramachandran, C. M. Venkatachalam, Biochim. Biophys. Acta 1966, 120, 457–458.
A. J. Hodge, Connect. Tissue Res. 1989, 21, 137–147.
L. E. Lanyon, Calcif. Tissue Int. 1993, 53 Suppl. 1, S102–106; discussion S106–107.
I. A. Silver, R. J. Murrills, D. J. Etherington, Exp. Cell. Res. 1988, 175, 266–276.
J. M. Delaisse, T. L. Andersen, M. T. Engsig, K. Henriksen, T. Troen, L. Blavier, Microsc. Res. Tech. 2003, 61, 504–513.
B. S. Moonga, R. Davidson, L. Sun, O. A. Adebanjo, J. Moser, M. Abedin, N. Zaidi, C. L. Huang, M. Zaidi, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001, 283, 770–775.
J. P. Li, H. Kajiya, F. Okamoto, A. Nakao, T. Iwamoto, K. Okabe, Endocrinology 2007, 148, 2116–2125.
H. J. Kim, V. Prasad, S. W. Hyung, Z. H. Lee, S. W. Lee, A. Bhargava, D. Pearce, Y. Lee, H. H. Kim, J. Cell. Biol. 2012, 199, 1145–1158.
D. J. Hadjidakis, I. I. Androulakis, Ann. N. Y. Acad. Sci. 2006, 1092, 385–396.
J. Kular, J. Tickner, S. M. Chim, J. Xu, Clin. Biochem. 2012, 45, 863–873.
H. F. DeLuca, Am. J. Clin. Nutr. 2004, 80, 1689S–1696S.
N. Chattopadhyay, E. M. Brown, Mol. Genet. Metab. 2006, 89, 189–202.
N. Balmain, D. Hotton, P. Cuisinier-Gleizes, H. Mathieu, J. Bone. Miner. Res. 1989, 4, 565–575.
C. I. Turnbull, K. Looi, J. E. Mangum, M. Meyer, R. J. Sayer, M. J. Hubbard, J. Biol. Chem. 2004, 279, 55850–55854.
J. Lotz, D. Steeger, G. Hafner, W. Ehrenthal, J. Heine, W. Prellwitz, Calcif. Tissue Int. 1995, 57, 253–257.
L. Hessle, K. A. Johnson, H. C. Anderson, S. Narisawa, A. Sali, J. W. Goding, R. Terkeltaub, J. L. Millan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 9445–9449.
B. Strates, W. F. Neuman, Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1958, 97, 688–691.
C. R. Redhead, J. Physiol. 1988, 401, 455–468.
H. P. Wiesmann, U. Meyer, U. Plate, H. J. Hohling, Int. Rev. Cytol. 2005, 242, 121–156.
C. Qin, O. Baba, W. T. Butler, Crit. Rev. Oral. Biol. Med. 2004, 15, 126–136.
B. Huang, Y. Sun, I. Maciejewska, D. Qin, T. Peng, B. McIntyre, J. Wygant, W. T. Butler, C. Qin, Eur. J. Oral Sci. 2008, 116, 104–112.
H. C. Anderson, Clin. Orthop. Relat. Res. 1995, 266–280.
M. Balcerzak, E. Hamade, L. Zhang, S. Pikula, G. Azzar, J. Radisson, J. Bandorowicz-Pikula, R. Buchet, Acta Biochim. Pol. 2003, 50, 1019–1038.
T. Kirsch, Curr. Opin. Rheumatol. 2006, 18, 174–180.
N. N. Nahar, L. R. Missana, R. Garimella, S. E. Tague, H. C. Anderson, J. Bone Miner. Metab. 2008, 26, 514–519.
T. Kirsch, G. Harrison, E. E. Golub, H. D. Nah, J. Biol. Chem. 2000, 275, 35577–35583.
T. Kirsch, H. D. Nah, D. R. Demuth, G. Harrison, E. E. Golub, S. L. Adams, M. Pacifici, Biochemistry 1997, 36, 3359–3367.
W. N. Addison, F. Azari, E. S. Sorensen, M. T. Kaartinen, M. D. McKee, J. Biol. Chem. 2007, 282, 15872–15883.
R. A. Terkeltaub, Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 2001, 281, C1–C11.
A. L. Lehninger, C. S. Rossi, J. W. Greenawalt, Biochem. Biophys. Res. Commun. 1963, 10, 444–448.
J. W. Greenawalt, C. S. Rossi, A. L. Lehninger, J. Cell. Biol. 1964, 23, 21–38.
F. Gonzales, M. J. Karnovsky, J. Biophys. Biochem. Cytol. 1961, 9, 299–316.
A. L. Lehninger, Biochem. J. 1970, 119, 129–138.
W. P. Tew, C. D. Malis, J. E. Howard, A. L. Lehninger, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1981, 78, 5528–5532.
E. Carafoli, J. T. Penniston, Sci. Am. 1985, 253, 70–78.
N. Nakayama, H. Kawasaki, R. Kretsinger, Topics Biol. Inorg. Chem. 2000, 3, 29–58.
E. A. Nalefski, J. J. Falke, Protein Sci. 1996, 5, 2375–2390.
P. Raynal, H. B. Pollard, Biochim. Biophys. Acta 1994, 1197, 63–93.
A. Rosengarth, H. Luecke, J. Mol. Biol. 2003, 326, 1317–1325.
M. Brini, T. Cali, D. Ottolini, E. Carafoli, Met. Ions Life Sci. 2013, 12, 119–168.
R. S. Lewis, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011, 3.
M. Brini, E. Carafoli, Physiol. Rev. 2009, 89, 1341–1378.
J. M. Baughman, F. Perocchi, H. S. Girgis, M. Plovanich, C. A. Belcher-Timme, Y. Sancak, X. R. Bao, L. Strittmatter, O. Goldberger, R. L. Bogorad, V. Koteliansky, V. K. Mootha, Nature 2011, 476, 341–345.
D. De Stefani, A. Raffaello, E. Teardo, I. Szabo, R. Rizzuto, Nature 2011, 476, 336–340.
X. Wang, X. Zhang, X. P. Dong, M. Samie, X. Li, X. Cheng, A. Goschka, D. Shen, Y. Zhou, J. Harlow, M. X. Zhu, D. E. Clapham, D. Ren, H. Xu, Cell 2012, 151, 372–383.
L. E. Ford, R. J. Podolsky, Science 1970, 167, 58–59.
M. Endo, M. Tanaka, Y. Ogawa, Nature 1970, 228, 34–36.
J. C. Gilkey, L. F. Jaffe, E. B. Ridgway, G. T. Reynolds, J. Cell. Biol. 1978, 76, 448–466.
H. Cheng, W. J. Lederer, Physiol. Rev. 2008, 88, 1491–1545.
L. Leybaert, M. J. Sanderson, Physiol. Rev. 2012, 92, 1359–1392.
V. Parpura, T. A. Basarsky, F. Liu, K. Jeftinija, S. Jeftinija, P. G. Haydon, Nature 1994, 369, 744–747.
B. Innocenti, V. Parpura, P. G. Haydon, J. Neurosci. 2000, 20, 1800–1808.
A. M. Hofer, S. Curci, M. A. Doble, E. M. Brown, D. I. Soybel, Nat. Cell Biol. 2000, 2, 392–398.
N. M. Woods, K. S. Cuthbertson, P. H. Cobbold, Nature 1986, 319, 600–602.
M. Patron, A. Raffaello, V. Granatiero, A. Tosatto, G. Merli, D. De Stefani, L. Wright, G.Pallafacchina, A. Terrin, C. Mammucari, R. Rizzuto, J. Biol. Chem. 2013, 288, 10750–10758.
F. Perocchi, V. M. Gohil, H. S. Girgis, X. R. Bao, J. E. McCombs, A. E. Palmer, V. K. Mootha, Nature 2010, 467, 291–296.
M. Plovanich, R. L. Bogorad, Y. Sancak, K. J. Kamer, L. Strittmatter, A. A. Li, H. S. Girgis, S. Kuchimanchi, J. De Groot, L. Speciner, N. Taneja, J. Oshea, V. Koteliansky, V. K. Mootha, PLoS One 2013, 8, e55785.
K. Mallilankaraman, C. Cardenas, P. J. Doonan, H. C. Chandramoorthy, K. M. Irrinki, T. Golenar, G. Csordas, P. Madireddi, J. Yang, M. Muller, R. Miller, J. E. Kolesar, J. Molgo, B. Kaufman, G. Hajnoczky, J. K. Foskett, M. Madesh, Nat. Cell Biol. 2012, 14, 1336–1343.
L. Boyman, G. S. Williams, D. Khananshvili, I. Sekler, W. J. Lederer, J. Mol. Cell. Cardiol. 2013, 59, 205–213.
G. Szabadkai, K. Bianchi, P. Varnai, D. De Stefani, M. R. Wieckowski, D. Cavagna, A. I. Nagy, T. Balla, R. Rizzuto, J. Cell Biol. 2006, 175, 901–911.
R. Rizzuto, P. Pinton, W. Carrington, F. S. Fay, K. E. Fogarty, L. M. Lifshitz, R. A. Tuft, T. Pozzan, Science 1998, 280, 1763–1766.
G. Csordas, C. Renken, P. Varnai, L. Walter, D. Weaver, K. F. Buttle, T. Balla, C. A. Mannella, G. Hajnoczky, J. Cell Biol. 2006, 174, 915–921.
J. R. Friedman, L. L. Lackner, M. West, J. R. DiBenedetto, J. Nunnari, G. K. Voeltz, Science 2011, 334, 358–362.
J. E. Vance, J. Biol. Chem. 1990, 265, 7248–7256.
A. E. Rusinol, Z. Cui, M. H. Chen, J. E. Vance, J. Biol. Chem. 1994, 269, 27494–27502.
A. A. Rowland, G. K. Voeltz, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012, 13, 607–625.
O. M. de Brito, L. Scorrano, Nature 2008, 456, 605–610.
C. Cardenas, R. A. Miller, I. Smith, T. Bui, J. Molgo, M. Muller, H. Vais, K. H. Cheung, J. Yang, I. Parker, C. B. Thompson, M. J. Birnbaum, K. R. Hallows, J. K. Foskett, Cell 2010, 142, 270–283.
P. Pizzo, V. Lissandron, P. Capitanio, T. Pozzan, Cell Calcium 2011, 50, 184–192.
I. Vandecaetsbeek, P. Vangheluwe, L. Raeymaekers, F. Wuytack, J. Vanoevelen, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011, 3.
A. Galione, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011, 3, a004036.
D. L. Clapper, T. F. Walseth, P. J. Dargie, H. C. Lee, J. Biol. Chem. 1987, 262, 9561–9568.
J. M. Cancela, G. C. Churchill, A. Galione, Nature 1999, 398, 74–76.
S. Patel, R. Docampo, Trends Cell Biol. 2010, 20, 277–286.
G. E. Hardingham, S. Chawla, C. M. Johnson, H. Bading, Nature 1997, 385, 260–265.
G. E. Hardingham, F. J. Arnold, H. Bading, Nat. Neurosci. 2001, 4, 261–267.
S. Chawla, G. E. Hardingham, D. R. Quinn, H. Bading, Science 1998, 281, 1505–1509.
B. Mayr, M. Montminy, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2001, 2, 599–609.
A. M. Carrion, W. A. Link, F. Ledo, B. Mellstrom, J. R. Naranjo, Nature 1999, 398, 80–84.
B. Mellstrom, J. R. Naranjo, Semin. Cell Dev. Biol. 2001, 12, 59–63.
R. Gomez-Villafuertes, B. Torres, J. Barrio, M. Savignac, N. Gabellini, F. Rizzato, B. Pintado, A. Gutierrez-Adan, B. Mellstrom, E. Carafoli, J. R. Naranjo, J. Neurosci. 2005, 25, 10822–10830.
J. J. Ronkainen, S. L. Hanninen, T. Korhonen, J. T. Koivumaki, R. Skoumal, S. Rautio, V. P. Ronkainen, P. Tavi, J. Physiol. 2011, 589, 2669–2686.
P. G. Hogan, L. Chen, J. Nardone, A. Rao, Genes Dev. 2003, 17, 2205–2232.
O. Dick, H. Bading, J. Biol. Chem. 2010, 285, 19354–19361.
N. Gomez-Ospina, F. Tsuruta, O. Barreto-Chang, L. Hu, R. Dolmetsch, Cell 2006, 127, 591–606.
G. Guroff, J. Biol. Chem. 1964, 239, 149–155.
I. Bertipaglia, E. Carafoli, Subcell. Biochem. 2007, 45, 29–53.
D. Cuerrier, T. Moldoveanu, P. L. Davies, J. Biol. Chem. 2005, 280, 40632–40641.
Y. Horikawa, N. Oda, N. J. Cox, X. Li, M. Orho-Melander, M. Hara, Y. Hinokio, T. H. Lindner, H. Mashima, P. E. Schwarz, L. del Bosque-Plata, Y. Oda, I. Yoshiuchi, S. Colilla, K. S. Polonsky, S. Wei, P. Concannon, N. Iwasaki, J. Schulze, L. J. Baier, C. Bogardus, L. Groop, E. Boerwinkle, C. L. Hanis, G. I. Bell, Nat. Genet. 2000, 26, 163–175.
I. Richard, O. Broux, V. Allamand, F. Fougerousse, N. Chiannilkulchai, N. Bourg, L. Brenguier, C. Devaud, P. Pasturaud, C. Roudaut, D. Hillaire, M.-R. Passos-Bueno, M. Zatz, J. A. Tischfield, M. Fardeau, C. E. Jackson, D. Cohen, J. S. Beckmann, Cell 1995, 81, 27–40.
T. Moldoveanu, C. M. Hosfield, D. Lim, J. S. Elce, Z. Jia, P. L. Davies, Cell 2002, 108, 649–660.
A. Okitani, D. Goll, M. Stromer, R. Robson, Federation Proc. 1976, 35, 1746.
S. S. Hook, A. R. Means, Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2001, 41, 471–505.
G. A. Wayman, H. Tokumitsu, M. A. Davare, T. R. Soderling, Cell Calcium 2011, 50, 1–8.
J. Robinson, R. J. Colbran, in Encyclopedia of Biological Chemistry, Ed W. L. D. Lane, Elsevier, 2004, Vol. 1, pp. 281–286.
A. Hudmon, H. Schulman, Biochem. J. 2002, 364, 593–611.
J. A. Lee, Y. Xing, D. Nguyen, J. Xie, C. J. Lee, D. L. Black, PLoS Biol 2007, 5, e40.
J. Yu, Y. Hai, G. Liu, T. Fang, S. K. Kung, J. Xie, J. Biol. Chem. 2009, 284, 1505–1513.
J. Aramburu, A. Rao, C. B. Klee, Curr. Top. Cell Regul. 2000, 36, 237–295.
F. D. Vasington, J. V. Murphy, J. Biol. Chem. 1962, 237, 2670–2677.
H. F. Deluca, G. W. Engstrom, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1961, 47, 1744–1750.
R. M. Denton, Biochim. Biophys. Acta 2009, 1787, 1309–1316.
T. Karpova, S. Danchuk, E. Kolobova, K. M. Popov, Biochim. Biophys. Acta 2003, 1652, 126–135.
P. J. Leblanc, M. Mulligan, A. Antolic, L. Macpherson, J. G. Inglis, D. Martin, B. D. Roy, S. J. Peters, Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2008, 295, R1224–1230.
R. Rizzuto, C. Bastianutto, M. Brini, M. Murgia, T. Pozzan, J. Cell Biol. 1994, 126, 1183–1194.
L. S. Jouaville, P. Pinton, C. Bastianutto, G. A. Rutter, R. Rizzuto, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 13807–13812.
G. Hajnoczky, L. D. Robb-Gaspers, M. B. Seitz, A. P. Thomas, Cell 1995, 82, 415–424.
P. R. Territo, V. K. Mootha, S. A. French, R. S. Balaban, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2000, 278, C423–435.
A. del Arco, J. Satrustegui, J. Biol. Chem. 1998, 273, 23327–23334.
F. M. Lasorsa, P. Pinton, L. Palmieri, G. Fiermonte, R. Rizzuto, F. Palmieri, J. Biol. Chem. 2003, 278, 38686–38692.
S. Ringer, J. Physiol. 1883, 4, 29–42 23.
S. Ebashi, M. Endo, I. Ohtsuki, in Calcium as a Cellular Regulator, Ed E. C. C. Klee, Oxford University Press, New York, Oxford, 1999, pp. 579–595.
E. Rios, G. Brum, Nature 1987, 325, 717–720.
B. A. Block, T. Imagawa, K. P. Campbell, C. Franzini-Armstrong, J. Cell Biol. 1988, 107, 2587–2600.
C. J. Fearnley, H. L. Roderick, M. D. Bootman, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011, 3, a004242.
E. J. Cartwright, D. Oceandy, L. Neyses, Pflügers Arch. 2009, 457, 665–671.
D. C. Hill-Eubanks, M. E. Werner, T. J. Heppner, M. T. Nelson, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011, 3, a004549.
M. Iino, H. Kasai, T. Yamazawa, EMBO J. 1994, 13, 5026–5031.
B. Katz, R. Miledi, J. Physiol. 1967, 189, 535–544.
T. Voets, Neuron 2000, 28, 537–545.
R. A. Easom, Semin. Cell Dev. Biol. 2000, 11, 253–266.
J. Lang, Eur. J. Biochem. 1999, 259, 3–17.
J. Malsam, S. Kreye, T. H. Sollner, Cell. Mol. Life Sci. 2008, 65, 2814–2832.
J. B. Sorensen, Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2009, 25, 513–537.
S. M. Wojcik, N. Brose, Neuron 2007, 55, 11–24.
Z. P. Pang, T. C. Sudhof, Curr. Opin. Cell Biol. 2010, 22, 496–505.
D. Atlas, Annu. Rev. Biochem. 2013, 82, 607–635.
G. A. Rutter, T. Tsuboi, M. A. Ravier, Cell Calcium 2006, 40, 539–551.
L. Olivos Ore, A. R. Artalejo, Trends Neurosci. 2004, 27, 113–115.
O. Wiser, M. Trus, A. Hernandez, E. Renstrom, S. Barg, P. Rorsman, D. Atlas, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 248–253.
S. A. Stricker, Dev. Biol. 1999, 211, 157–176.
M. Whitaker, Physiol. Rev. 2006, 86, 25–88.
C. M. Saunders, M. G. Larman, J. Parrington, L. J. Cox, J. Royse, L. M. Blayney, K. Swann, F. A. Lai, Development 2002, 129, 3533–3544.
T. P. Collins, R. Bayliss, G. C. Churchill, A. Galione, D. A. Terrar, Cell Calcium 2011, 50, 449–458.
F. Moccia, D. Lim, G. A. Nusco, E. Ercolano, L. Santella, FASEB J. 2003, 17, 1907–1909.
L. Santella, A. Puppo, J. T. Chun, Int. J. Dev. Biol. 2008, 52, 571–584.
T. Lorca, F. H. Cruzalegui, D. Fesquet, J. C. Cavadore, J. Mery, A. Means, M. Doree, Nature 1993, 366, 270–273.
S. Markoulaki, S. Matson, A. L. Abbott, T. Ducibella, Dev. Biol. 2003, 258, 464–474.
T. Ducibella, R. M. Schultz, J. P. Ozil, Semin. Cell Dev. Biol. 2006, 17, 324–332.
J. Backs, P. Stein, T. Backs, F. E. Duncan, C. E. Grueter, J. McAnally, X. Qi, R. M. Schultz, E. N. Olson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 81–86.
A. Ashkenazi, Nat. Rev. Cancer 2002, 2, 420–430.
R. J. Youle, A. Strasser, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008, 9, 47–59.
S. Cory, J. M. Adams, Nat. Rev. Cancer 2002, 2, 647–656.
C. W. Distelhorst, M. D. Bootman, Cell Calcium 2011, 50, 234–241.
G. Baffy, T. Miyashita, J. R. Williamson, J. C. Reed, J. Biol. Chem. 1993, 268, 6511–6519.
P. Pinton, D. Ferrari, P. Magalhaes, K. Schulze-Osthoff, F. Di Virgilio, T. Pozzan, R. Rizzuto, J. Cell Biol. 2000, 148, 857–862.
R. Foyouzi-Youssefi, S. Arnaudeau, C. Borner, W. L. Kelley, J. Tschopp, D. P. Lew, N. Demaurex, K. H. Krause, Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 2000, 97, 5723–5728.
E. S. Dremina, V. S. Sharov, K. Kumar, A. Zaidi, E. K. Michaelis, C. Schoneich, Biochem. J. 2004, 383, 361–370.
R. Chen, I. Valencia, F. Zhong, K. S. McColl, H. L. Roderick, M. D. Bootman, M. J. Berridge, S. J. Conway, A. B. Holmes, G. A. Mignery, P. Velez, C. W. Distelhorst, J. Cell Biol. 2004, 166, 193–203.
C. White, C. Li, J. Yang, N. B. Petrenko, M. Madesh, C. B. Thompson, J. K. Foskett, Nat. Cell Biol. 2005, 7, 1021–1028.
N. Diaz-Prieto, I. Herrera-Peco, A. M. de Diego, A. Ruiz-Nuno, S. Gallego-Sandin, M. G. Lopez, A. G. Garcia, M. F. Cano-Abad, Cell Calcium 2008, 44, 339–352.
N. N. Danial, S. J. Korsmeyer, Cell 2004, 116, 205–219.
M. Chami, A. Prandini, M. Campanella, P. Pinton, G. Szabadkai, J. C. Reed, R. Rizzuto, J. Biol. Chem. 2004, 279, 54581–54589.
L. Scorrano, S. A. Oakes, J. T. Opferman, E. H. Cheng, M. D. Sorcinelli, T. Pozzan, S. J. Korsmeyer, Science 2003, 300, 135–139.
R. J. Youle, D. P. Narendra, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2011, 12, 9–14.
G. Ashrafi, T. L. Schwarz, Cell Death Differ. 2013, 20, 31–42.
B. Ravikumar, S. Sarkar, J. E. Davies, M. Futter, M. Garcia-Arencibia, Z. W. Green-Thompson, M. Jimenez-Sanchez, V. I. Korolchuk, M. Lichtenberg, S. Luo, D. C. Massey, F. M. Menzies, K. Moreau, U. Narayanan, M. Renna, F. H. Siddiqi, B. R. Underwood, A. R. Winslow, D. C. Rubinsztein, Physiol. Rev. 2010, 90, 1383–1435.
J. P. Decuypere, G. Bultynck, J. B. Parys, Cell Calcium 2011, 50, 242–250.
J. M. Vicencio, S. Lavandero, G. Szabadkai, Cell Calcium 2010, 47, 112–121.
S. Sarkar, D. C. Rubinsztein, Autophagy 2006, 2, 132–134.
J. M. Vicencio, C. Ortiz, A. Criollo, A. W. Jones, O. Kepp, L. Galluzzi, N. Joza, I. Vitale, E. Morselli, M. Tailler, M. Castedo, M. C. Maiuri, J. Molgo, G. Szabadkai, S. Lavandero, G. Kroemer, Cell Death Differ. 2009, 16, 1006–1017.
A. Grotemeier, S. Alers, S. G. Pfisterer, F. Paasch, M. Daubrawa, A. Dieterle, B. Viollet, S. Wesselborg, T. Proikas-Cezanne, B. Stork, Cell Signal. 2010, 22, 914–925.
M. Hoyer-Hansen, L. Bastholm, P. Szyniarowski, M. Campanella, G. Szabadkai, T. Farkas, K. Bianchi, N. Fehrenbacher, F. Elling, R. Rizzuto, I. S. Mathiasen, M. Jaattela, Mol. Cell 2007, 25, 193–205.
N. R. Brady, A. Hamacher-Brady, H. Yuan, R. A. Gottlieb, FEBS J. 2007, 274, 3184–3197.
S. Swerdlow, C. W. Distelhorst, Dev. Cell 2007, 12, 178–179.
J. P. Decuypere, K. Welkenhuyzen, T. Luyten, R. Ponsaerts, M. Dewaele, J. Molgo, P. Agostinis, L. Missiaen, H. De Smedt, J. B. Parys, G. Bultynck, Autophagy 2011, 7, 1472–1489.
J. P. Decuypere, D. Kindt, T. Luyten, K. Welkenhuyzen, L. Missiaen, H. De Smedt, G. Bultynck, J. B. Parys, PLoS One 2013, 8, e61020.
A. Matilla-Duenas, I. Sanchez, M. Corral-Juan, A. Davalos, R. Alvarez, P. Latorre, Cerebellum 2010, 9, 148–166.
K. Ishikawa, H. Fujigasaki, H. Saegusa, K. Ohwada, T. Fujita, H. Iwamoto, Y. Komatsuzaki, S. Toru, H. Toriyama, M. Watanabe, N. Ohkoshi, S. Shoji, I. Kanazawa, T. Tanabe, H. Mizusawa, Hum. Mol. Genet. 1999, 8, 1185–1193.
H. Saegusa, M. Wakamori, Y. Matsuda, J. Wang, Y. Mori, S. Zong, T. Tanabe, Mol. Cell. Neurosci. 2007, 34, 261–270.
K. Watase, C. F. Barrett, T. Miyazaki, T. Ishiguro, K. Ishikawa, Y. Hu, T. Unno, Y. Sun, S. Kasai, M. Watanabe, C. M. Gomez, H. Mizusawa, R. W. Tsien, H. Y. Zoghbi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 11987–11992.
S. Naik, K. Pohl, M. Malik, A. Siddiqui, D. Josifova, Pediatr. Neurol. 2011, 45, 328–330.
E. Storey, R. J. Gardner, M. A. Knight, M. L. Kennerson, R. R. Tuck, S. M. Forrest, G. A. Nicholson, Neurology 2001, 57, 1913–1915.
E. Storey, R. J. Gardner, Handb. Clin. Neurol. 2012, 103, 561–565.
Y. Ikeda, K. A. Dick, M. R. Weatherspoon, D. Gincel, K. R. Armbrust, J. C. Dalton, G. Stevanin, A. Durr, C. Zuhlke, K. Burk, H. B. Clark, A. Brice, J. D. Rothstein, L. J. Schut, J. W. Day, L. P. Ranum, Nat. Genet. 2006, 38, 184–190.
H. T. Orr, J. Cell. Biol. 2012, 197, 167–177.
Y. Jin, H. Suzuki, S. Maegawa, H. Endo, S. Sugano, K. Hashimoto, K. Yasuda, K. Inoue, EMBO J. 2003, 22, 905–912.
I. Bezprozvanny, Neurochem. Res. 2011, 36, 1186–1197.
A. Kasumu, I. Bezprozvanny, Cerebellum 2012, 11, 630–639.
M. Matsumoto, T. Nakagawa, T. Inoue, E. Nagata, K. Tanaka, H. Takano, O. Minowa, J. Kuno, S. Sakakibara, M. Yamada, H. Yoneshima, A. Miyawaki, Y. Fukuuchi, T. Furuichi, H. Okano, K. Mikoshiba, T. Noda, Nature 1996, 379, 168–171.
F. Maltecca, D. De Stefani, L. Cassina, F. Consolato, M. Wasilewski, L. Scorrano, R. Rizzuto, G. Casari, Hum. Mol. Genet. 2012, 21, 3858–3870.
G. Zanni, T. Cali, V. M. Kalscheuer, D. Ottolini, S. Barresi, N. Lebrun, L. Montecchi-Palazzi, H. Hu, J. Chelly, E. Bertini, M. Brini, E. Carafoli, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 14514–14519.
M. Brini, T. Cali, D. Ottolini, E. Carafoli, FEBS J. 2013, 280, 5385–5397.
E. Lloyd-Evans, F. M. Platt, Cell Calcium 2011, 50, 200–205.
B. de Vries, R. R. Frants, M. D. Ferrari, A. M. van den Maagdenberg, Hum. Genet. 2009, 126, 115–132.
M. B. Russell, A. Ducros, Lancet Neurol. 2011, 10, 457–470.
O. D. Uchitel, J. Physiol. 2012, 590, 1–2.
R. A. Ophoff, G. M. Terwindt, M. N. Vergouwe, R. van Eijk, P. J. Oefner, S. M. Hoffman, J. E. Lamerdin, H. W. Mohrenweiser, D. E. Bulman, M. Ferrari, J. Haan, D. Lindhout, G. J. van Ommen, M. H. Hofker, M. D. Ferrari, R. R. Frants, Cell 1996, 87, 543–552.
D. Pietrobon, Curr. Opin. Neurobiol. 2005, 15, 257–265.
D. Pietrobon, Biochim. Biophys. Acta 2012.
T. Calì, D. Ottolini, M. Brini, Cell Calcium 2012, 52, 73–85.
T. Calì, D. Ottolini, M. Brini, Biofactors 2011, 37, 228–240.
D. Ottolini, T. Calì, M. Brini, Res. Rep. Biochem. 2013, 3, 55–70.
D. J. Surmeier, P. T. Schumacker, J. Biol. Chem. 2013, 288, 10736–10741.
U. Wojda, E. Salinska, J. Kuznicki, IUBMB Life 2008, 60, 575–590.
M. R. Cookson, Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2012, 2, a009415.
J. N. Guzman, J. Sanchez–Padilla, D. Wokosin, J. Kondapalli, E. Ilijic, P. T. Schumacker, D. J. Surmeier, Nature 2010, 468, 696–700.
D. Ottolini, T. Calì, A. Negro, M. Brini, Hum. Mol. Genet. 2013, 22, 2152–2168.
T. Calì, D. Ottolini, A. Negro, M. Brini, J. Biol. Chem. 2012, 287, 17914–17929.
T. Calì, D. Ottolini, M. Brini, DNA Cell Biol. 2013, 32, 140–146.
T. Calì, D. Ottolini, A. Negro, M. Brini, Biochim. Biophys. Acta 2013, 1832, 495–508.
S. Gandhi, A. Wood-Kaczmar, Z. Yao, H. Plun-Favreau, E. Deas, K. Klupsch, J. Downward, D. S. Latchman, S. J. Tabrizi, N. W. Wood, M. R. Duchen, A. Y. Abramov, Mol. Cell 2009, 33, 627–638.
B. Heeman, C. Van den Haute, S. A. Aelvoet, F. Valsecchi, R. J. Rodenburg, V. Reumers, Z. Debyser, G. Callewaert, W. J. Koopman, P. H. Willems, V. Baekelandt, J. Cell Sci. 2011, 124, 1115–1125.
R. Brookmeyer, E. Johnson, K. Ziegler-Graham, H. M. Arrighi, Alzheimers Dement. 2007, 3, 186–191.
K. Honarnejad, J. Herms, Int. J. Biochem. Cell Biol. 2012, 44, 1983–1986.
L. Fedrizzi, E. Carafoli, Biofactors 2011, 37, 189–196.
M. Giacomello, R. Hudec, R. Lopreiato, Biofactors 2011, 37, 206–218.
M. Giacomello, J. C. Oliveros, J. R. Naranjo, E. Carafoli, Prion 2013, 7, 76–84.
M. Suzuki, Y. Nagai, K. Wada, T. Koike, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2012, 429, 18–23.
V. Costa, M. Giacomello, R. Hudec, R. Lopreiato, G. Ermak, D. Lim, W. Malorni, K. J. Davies, E. Carafoli, L. Scorrano, EMBO Mol. Med. 2010, 2, 490–503.
J. Wu, H. P. Shih, V. Vigont, L. Hrdlicka, L. Diggins, C. Singh, M. Mahoney, R. Chesworth, G. Shapiro, O. Zimina, X. Chen, Q. Wu, L. Glushankova, M. Ahlijanian, G. Koenig, G. N. Mozhayeva, E. Kaznacheyeva, I. Bezprozvanny, Chem. Biol. 2011, 18, 777–793.
L. M. Duffy, A. L. Chapman, P. J. Shaw, A. J. Grierson, Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2011, 37, 336–352.
T. A. Gennarelli, D. I. Graham, Semin. Clin. Neuropsychiatry 1998, 3, 160–175.
S. Battistini, C. Ricci, E. M. Lotti, M. Benigni, S. Gagliardi, R. Zucco, M. Bondavalli, N. Marcello, M. Ceroni, C. Cereda, J. Neurol. Sci. 2010, 293, 112–115.
J. Grosskreutz, L. Van Den Bosch, B. U. Keller, Cell Calcium 2010, 47, 165–174.
G. Antalffy, A. S. Mauer, K. Paszty, L. Hegedus, R. Padanyi, A. Enyedi, E. E. Strehler, Cell Calcium 2012, 51, 171–178.
M. Giacomello, A. De Mario, S. Primerano, M. Brini, E. Carafoli, Int. J. Biochem. Cell Biol. 2012, 44, 679–683.
J. M. Schultz, Y. Yang, A. J. Caride, A. G. Filoteo, A. R. Penheiter, A. Lagziel, R. J. Morell, S. A. Mohiddin, L. Fananapazir, A. C. Madeo, J. T. Penniston, A. J. Griffith, N. Engl. J. Med. 2005, 352, 1557–1564.
R. Ficarella, F. Di Leva, M. Bortolozzi, S. Ortolano, F. Donaudy, M. Petrillo, S. Melchionda, A. Lelli, T. Domi, L. Fedrizzi, D. Lim, G. E. Shull, P. Gasparini, M. Brini, F. Mammano, E. Carafoli, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 1516–1521.
D. M. Bers, Annu. Rev. Physiol. 2008, 70, 23–49.
D. Fatkin, R. M. Graham, Physiol. Rev. 2002, 82, 945–980.
S. Morimoto, Cardiovasc. Res. 2008, 77, 659–666.
N. Tiso, D. A. Stephan, A. Nava, A. Bagattin, J. M. Devaney, F. Stanchi, G. Larderet, B. Brahmbhatt, K. Brown, B. Bauce, M. Muriago, C. Basso, G. Thiene, G. A. Danieli, A. Rampazzo, Hum. Mol. Genet. 2001, 10, 189–194.
J. Heineke, J. D. Molkentin, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, 7, 589–600.
Z. Kubalova, D. Terentyev, S. Viatchenko-Karpinski, Y. Nishijima, I. Gyorke, R. Terentyeva, D. N. da Cunha, A. Sridhar, D. S. Feldman, R. L. Hamlin, C. A. Carnes, S. Gyorke, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 14104–14109.
J. Kockskamper, A. V. Zima, H. L. Roderick, B. Pieske, L. A. Blatter, M. D. Bootman, J. Mol. Cell Cardiol. 2008, 45, 128–147.
D. Harzheim, A. Talasila, M. Movassagh, R. S. Foo, N. Figg, M. D. Bootman, H. L. Roderick, Channels (Austin) 2010, 4, 67–71.
D. C. Kim, Korean J. Anesthesiol. 2012, 63, 391–401.
T. Krause, M. U. Gerbershagen, M. Fiege, R. Weisshorn, F. Wappler, Anaesthesia 2004, 59, 364–373.
H. Rosenberg, M. Davis, D. James, N. Pollock, K. Stowell, Orphanet J. Rare Dis. 2007, 2, 21.
D. H. Maclennan, E. Zvaritch, Biochim. Biophys. Acta 2011, 1813, 948–964.
N. Monnier, V. Procaccio, P. Stieglitz, J. Lunardi, Am. J. Hum. Genet. 1997, 60, 1316–1325.
R. A. Bannister, I. N. Pessah, K. G. Beam, J. Gen. Physiol. 2009, 133, 79–91.
A. M. Hurne, J. J. O’Brien, D. Wingrove, G. Cherednichenko, P. D. Allen, K. G. Beam, I. N. Pessah, J. Biol. Chem. 2005, 280, 36994–37004.
W. J. Durham, X. H. Wehrens, S. Sood, S. L. Hamilton, Subcell. Biochem. 2007, 45, 273–321.
S. Treves, A. A. Anderson, S. Ducreux, A. Divet, C. Bleunven, C. Grasso, S. Paesante, F. Zorzato, Neuromuscul. Disord. 2005, 15, 577–587.
A. D. Lyfenko, S. A. Goonasekera, R. T. Dirksen, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004, 322, 1256–1266.
S. Treves, H. Jungbluth, F. Muntoni, F. Zorzato, Curr. Opin. Pharmacol. 2008, 8, 319–326.
A. A. Benders, J. H. Veerkamp, A. Oosterhof, P. J. Jongen, R. J. Bindels, L. M. Smit, H. F. Busch, R. A. Wevers, J. Clin. Invest. 1994, 94, 741–748.
N. C. Voermans, A. E. Laan, A. Oosterhof, T. H. van Kuppevelt, G. Drost, M. Lammens, E. J. Kamsteeg, C. Scotton, F. Gualandi, V. Guglielmi, L. van den Heuvel, G. Vattemi, B. G. van Engelen, Neuromuscul. Disord. 2012, 22, 944–954.
A. Hovnanian, Subcell. Biochem. 2007, 45, 337–363.
P. L. McNeil, R. A. Steinhardt, Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2003, 19, 697–731.
D. G. Allen, N. P. Whitehead, E. W. Yeung, J. Physiol. 2005, 567, 723–735.
D. G. Allen, O. L. Gervasio, E. W. Yeung, N. P. Whitehead, Can. J. Physiol. Pharmacol. 2010, 88, 83–91.
F. W. Hopf, P. R. Turner, R. A. Steinhardt, Subcell. Biochem. 2007, 45, 429–464.
G. L. Warren, C. P. Ingalls, D. A. Lowe, R. B. Armstrong, Exerc. Sport Sci. Rev. 2001, 29, 82–87.
B. J. Petrof, J. B. Shrager, H. H. Stedman, A. M. Kelly, H. L. Sweeney, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1993, 90, 3710–3714.
A. Pertille, C. L. de Carvalho, C. Y. Matsumura, H. S. Neto, M. J. Marques, Int. J. Exp. Pathol. 2010, 91, 63–71.
J. G. Tidball, M. J. Spencer, Int. J. Biochem. Cell Biol. 2000, 32, 1–5.
R. J. Khairallah, G. Shi, F. Sbrana, B. L. Prosser, C. Borroto, M. J. Mazaitis, E. P. Hoffman, A. Mahurkar, F. Sachs, Y. Sun, Y. W. Chen, R. Raiteri, W. J. Lederer, S. G. Dorsey, C. W. Ward, Sci. Signal 2012, 5, ra56.
T. R. Shannon, Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2009, 297, H1965–1966.
J. Finsterer, C. Stollberger, Cardiology 2003, 99, 1–19.
B. Fraysse, A. Liantonio, M. Cetrone, R. Burdi, S. Pierno, A. Frigeri, M. Pisoni, C. Camerino, A. De Luca, Neurobiol. Dis. 2004, 17, 144–154.
V. Robert, M. L. Massimino, V. Tosello, R. Marsault, M. Cantini, V. Sorrentino, T. Pozzan, J. Biol. Chem. 2001, 276, 4647–4651.
Acknowledgments
The original work by the authors has been supported over the years by grants from the Italian Ministry of University and Research (FIRB2001 to E.C., PRIN 2003, 2005 and 2008 to M.B), the Telethon Foundation (Project GGP04169 to M.B.), the FP6 program of the European Union (FP6 Network of Excellence NeuroNe, LSH-2003-2.1.3-3 to E.C. and Integrated Project Eurohear to E.C.), the Human Frontier Science Program Organization to E.C., to ERANet-Neuron (nEUROsyn), and CARIPARO Foundation to E.C, the Italian National Research Council (CNR) and by a grant from the University of Padova (Progetto di Ateneo 2008 CPDA082825) to M.B.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding authors
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2013 Springer Science+Business Media Dordrecht
About this chapter
Cite this chapter
Brini, M., Ottolini, D., Calì, T., Carafoli, E. (2013). Calcium in Health and Disease. In: Sigel, A., Sigel, H., Sigel, R. (eds) Interrelations between Essential Metal Ions and Human Diseases. Metal Ions in Life Sciences, vol 13. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_4
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-7500-8_4
Published:
Publisher Name: Springer, Dordrecht
Print ISBN: 978-94-007-7499-5
Online ISBN: 978-94-007-7500-8
eBook Packages: Biomedical and Life SciencesBiomedical and Life Sciences (R0)