L-Type calciumkanaler

spændingsstyrede calciumkanaler er afgørende for kobling af membran depolarisering til tilstrømningen af calcium i alle spændende celler. Det calcium, der strømmer ind i spændende celler gennem spændingsstyrede calciumkanaler, tjener en dobbelt funktion, der genererer både elektriske og kemiske signaler. De intracellulære hændelser kontrolleret af calcium er forskellige og mange. Spændende celler kan vælge fra en række funktionelt forskellige spændingsstyrede Ca2 + kanalunderenheder, hvis aktiviteter er nøjagtigt indstillet til at understøtte specifikke opgaver. Disse omfatter ophidselse-sammentrækning kobling i muskler, ophidselse-sekretion kobling i neuroner, hårceller, og endokrine celler, og regulering af genekspression.1-5 ti gener koder for Hoved CaVa1-underenheden af det spændingsstyrede calciumkanalkompleks hos pattedyr.6 Sekvenssammenligninger mellem CaVa1-gener fra flere genomer afslører tre store familier, CaV1a1, CaV2a 1 og CaV3a 1.6

selv før tilgængeligheden af selektive toksiner demonstrerede flere efterforskere, at flere funktionelt forskellige klasser af spændingsstyrede calciumkanaler udtrykkes i en række celletyper inklusive hjerte.8-11 denne division var baseret på tilstedeværelsen af to forskellige klasser af calciumkanaler, der adskiller sig signifikant i deres spændingsafhængighed af aktivering. Begrebet lavspændingsaktiverede og højspændingsaktiverede calciumkanaler blev etableret, og selvom det er enkelt, forbliver dette en nyttig og informativ måde at skelne mellem forskellige klasser af calciumkanaler.

visse funktioner er opstået fra undersøgelser af spændingsstyrede calciumkanaler i hjerte og neuroner, der har etableret et sæt standardkriterier for at definere tilstedeværelsen af en specifik Ca2+ kanalundertype. Lavspændingsaktiverede, T-type, Ca2+ kanaler, der indeholder CaV3a1-underenheder (A1G, A1H, A1I) aktiveres hurtigt, deaktiveres langsomt, udviser udtalt spændingsafhængig inaktivering og er ufølsomme over for dihydropyridiner og flere andre toksiner, der hæmmer neuronale calciumkanaler. I undersøgelser af hjertevæv er højspændingsaktiverede kanaler blevet synonyme med L-Type CaV1a1 (A1C, a1D)-indeholdende kanaler, der aktiveres med langsommere kinetik, men deaktiveres hurtigere end T-type. De udviser svag spændingsafhængig inaktivering, men stærk calciumafhængig inaktivering og er følsomme over for dihydropyridiner.6,12 i neuroner er Højspændingsaktiverede Ca2+-kanaler yderligere opdelt i dihydropyridinfølsomme, L-type og dihydropyridin-ufølsomme, P/K-, N-og R-type, der indeholder CaV2a1-underenheder (A1A, A1B, A1E).6,12,13

med lave aktiveringstærskler og udtalt spændingsafhængig inaktivering er T-type Ca2+ kanaler optimeret til at bidrage til depolariserende strømme under den langsomme diastoliske depolarisationsfase, der understøtter pacemaking i sinoatrial (SA) node.8,9,14,15 tilstedeværelsen af CaV3a1 gener i Sa nodal væv af hjerte understøtter denne opfattelse.16 L-Type Ca2 + kanaler blev derimod indtil for nylig impliceret i senere faser af den diastoliske depolarisering, da membranpotentialet depolariserer ud over omkring -30 mV. Deres afhængighed af stærkere depolarisering til aktivering er i overensstemmelse med den opfattelse, at L-Type Ca2+ kanaler ikke bidrager til initiering af handlingspotentialet. Imidlertid tilbyder nylige undersøgelser af CaV1.3-lut1-knockout-mus, inklusive dem fra Chiamvimonvat og kolleger, der er rapporteret i dette nummer af Cirkulationsforskning, overbevisende beviser, der understøtter en rolle for L-Type Ca2+ – kanaler i aktionspotentiel initiering i SA-noden.17,18 i begge undersøgelser udviser mus, der mangler L-Type CaV1.3-genet, signifikant sa-knudedysfunktion karakteriseret ved sinus bradykardi. Andre efterforskere rapporterer også fuldstændigt høretab, i overensstemmelse med fremtrædende ekspression af CaV1.3 lus1 i indre hårceller i cochlea.18,19

disse fund er klart paradoksale for klassiske beskrivelser af L-Type Ca2+ kanaler som højspændingsaktiveret. Forklaringen er forholdsvis enkel. CaV1.3 L-type Ca2+-kanaler er ikke højspændingsaktiverede. Beviser, der understøtter denne konklusion, præsenteres i både Striessnig-og Chiamvimonvat-undersøgelserne ved at sammenligne egenskaber ved indfødte strømme i vildtype-og CaV1.3-knockout-mus.17,18 andre undersøgelser, der karakteriserer de funktionelle egenskaber hos nyligt klonede CaV1.3-underenheder, der er isoleret fra neuroner og endokrine celler, giver yderligere støtte.18,20− 22

Striessnig og kolleger registreret fra indre hårceller i cochlea af CaV1.3 lus1−/-mus og viste selektivt tab af en Lavtærskelaktiverende Ca2+ strøm. Herfra udledte de tilstedeværelsen af en lignende strøm i SA-knudeceller for at forklare de observerede abnormiteter i pacemaking i de samme mus.18 Chiamvimonvat og kolleger tester nu denne hypotese direkte ved at optage fra SA-noden og fra isolerede celler af vildtype og CaV1.3 lus1−/− mus.17 som rapporteret i dette nummer af Cirkulationsforskning er fraværet af CaV1.3-kur1 forbundet med en reduceret hastighed af Sa-knudefyring, diastolisk depolariseringshastighed, der aftager ved relativt hyperpolariserede spændinger (-40 og -45 mV), og tabet af calciumstrøm i isolerede SA-knudeceller, der aktiveres ved relativt hyperpolariserede membranpotentialer.17 disse nye undersøgelser tilbyder stærk støtte, som CaV1.3 lut1-ablation, sa-knudedysfunktion og tabet af en Lavtærskelaktiverende Ca2+ strøm i SA-knudeceller er tæt forbundet.

aktiverer alle L-Type Ca2+ – kanaler, der indeholder CaV1.3 lut1-underenhed, ved hyperpolariserede spændinger? Svaret er sandsynligvis ja, baseret på nylige funktionelle analyser af rekombinante CaV1.3 LR1-kanaler.20-22 figuren sammenligner spidsstrømspændingsforhold mellem CaV1.3 L-type kanaler med Højspændingsaktiveret CaV1.2 L-Type L og til Lavspændingsaktiverede CaV3.1 L-type kanaler. Den store forskel i spændingsafhængighed af aktivering mellem de to L-Type Ca2+-kanaler er lige så slående som ligheden i aktiveringstærsklerne for CaV1.3 L-type og CaV3.1 L-type kanaler.20,23 mens egenskaber af calciumkanaler er påvirket af flere faktorer, herunder tilknytning til specifikke hjælpeunderenheder,de lignende træk ved CaV1.3 lus1-underenheder klonet fra forskellige væv,20-22 kombineret med to genablationsundersøgelser hos mus,17, 18 favoriserer konklusionen om, at lavspændingsafhængig aktivering er et iboende træk ved CaV1.3 lart1-indeholdende L-Type Ca2+ kanaler. Det er klart, at der findes betydelige funktionelle forskelle mellem L-Type Cav1a1-gener.

hvis CaV1.3-holdige L-kanaler aktiveres ved hyperpolariserede membranpotentialer, er det temmelig overraskende, at denne funktion ikke er blevet fremhævet i tidligere undersøgelser af klonede og heterologt udtrykte kanaler. Selvom andre faktorer næsten helt sikkert påvirker kanalegenskaber, har koncentrationen af ekstracellulær divalent kation store effekter på spændingsafhængigheden af aktivering som et resultat af ladningsscreening og er en faktor, der adskiller sig markant blandt undersøgelser. Af ukendte årsager har det indtil for nylig været problematisk at opnå høje ekspressionsniveauer fra CaV1.3 lut1-kloner. For at kompensere for lave strømtætheder er koncentrationer af ekstracellulært calcium og barium op til 40 mmol/L blevet anvendt.17,24 som foreslået af Jang et al., 17 dette bidrager sandsynligvis til uoverensstemmelsen mellem egenskaberne af rekombinante CaV1.3-RR1-kanaler og det aktiveringsområde, der forventes fra funktionelle analyser af native strømme i SA-knudeceller. Anvendelsen af høje koncentrationer af ekstracellulære divalente kationer i tidligere undersøgelser af klonede kanaler skjulte sandsynligvis det usædvanligt hyperpolariserede aktiveringsområde for Cav1.3 L-kanaler. Det er bemærkelsesværdigt, at Cav1.3 strømspændingsforhold af typen L-type forskydes mod spændinger 20 mV mere depolariseret og ind i området for en højspændingsaktiveret L-type kanal, når der anvendes 40 mmol/L barium.20

fremtidige undersøgelser vil være nødvendige for at tackle den relative betydning af CaV1.3-L-type Ca2+ – kanaler i pacemaking i hjertet. Selvom CaV1.3-kar-1-mRNA er til stede i atrielle myocytter,antyder 25 nylige undersøgelser, at niveauerne er meget lave i SA-knuden, især sammenlignet med CaV3.1-kar-t-type mRNA.16 tilgængeligheden af en selektiv hæmmer af CaV1.3 L-kanaler, der indeholder L, vil vise sig at være et nyttigt redskab til at bestemme denne kanals relative bidrag til SA-knudefunktionen. Klassiske L-Type Ca2 + kanalblokkere er ikke nyttige i denne henseende. Nylige undersøgelser af rekombinante CaV1.3-L-type-kanaler antyder en relativt lav følsomhed over for blokering af dihydropyridiner sammenlignet med CaV1.2-L-type-kanaler.20,21 det vil være af interesse at fastslå, om en unik splejseisoform af CaV1.3 L. 1 udtrykkes i SA-noden. Der er tegn på et vist niveau af atriel-specifik splejsning af CaV1.3 RR1 RNA i S3-S4 linker af domæne IV af kanalen.25 Splejsning på dette sted skifter spændingsafhængigheden af aktivering med <10 mV og synes ikke at påvirke dihydropyridinbinding.20 endelig er det i betragtning af den vægt, der lægges på ligheder mellem CaV1.3 L-type l-og T-type Ca2+ – kanaler med hensyn til deres aktiveringstærskler værd at bemærke funktioner, der adskiller disse kanaler. Mens T-type Ca2 + – kanaler gennemgår fremtrædende spændingsafhængig inaktivering, viser CaV1.3 L-type Ca2+-kanaler svag spændingsafhængig, men stærk calciumafhængig inaktivering. Yderligere deaktiveres CaV1.3 L-type Ca2+-kanaler hurtigt sammenlignet med T-type Ca2+ kanalundertyper, der dominerer i hjertet.

Udtalelserne i denne redaktionelle er ikke nødvendigvis de af redaktørerne eller af American Heart Association.

fodnoter