Canales de Calcio de Tipo L

Los canales de calcio dependientes de voltaje son esenciales para acoplar la despolarización de la membrana al flujo de calcio en todas las células excitables. El calcio que fluye hacia las células excitables a través de canales de calcio dependientes de voltaje cumple una doble función, generando señales eléctricas y químicas. Los eventos intracelulares controlados por el calcio son diversos y muchos. Las células excitables pueden seleccionar entre una serie de subunidades de canal Ca2+ funcionalmente distintas y controladas por voltaje, cuyas actividades se ajustan con precisión para soportar tareas específicas. Estos incluyen acoplamiento de excitación-contracción en el músculo, acoplamiento de excitación-secreción en neuronas, células ciliadas y células endocrinas, y regulación de la expresión génica.1-5 Diez genes codifican la subunidad principal CaVa1 del complejo de canales de calcio dependientes de voltaje en mamíferos.6 Las comparaciones de secuencias entre genes CaVa1 de varios genomas revelan tres familias principales, CaV1a1, CaV2a 1 y CaV3a 1.6

Incluso antes de la disponibilidad de toxinas selectivas, varios investigadores demostraron que múltiples clases funcionalmente distintas de canales de calcio dependientes de voltaje se expresan en una variedad de tipos de células, incluido el corazón.8-11 Esta división se basó en la presencia de dos clases distintas de canales de calcio que diferían significativamente en su dependencia de voltaje de activación. Se estableció el concepto de canales de calcio activados por bajo voltaje y activados por alto voltaje, y aunque simple, sigue siendo una forma útil e informativa para distinguir entre diferentes clases de canales de calcio.

Ciertas características han surgido de estudios de canales de calcio dependientes de voltaje en el corazón y las neuronas que han establecido un conjunto de criterios estándar para definir la presencia de un subtipo de canal Ca2+ específico. Los canales Ca2+ de tipo T activados por bajo voltaje que contienen subunidades CaV3a1 (a1G, a1H, a1I) se activan rápidamente, se desactivan lentamente, exhiben una inactivación dependiente del voltaje pronunciada y son insensibles a las dihidropiridinas y varias otras toxinas que inhiben los canales neuronales de calcio. En estudios de tejido cardíaco, los canales activados por alto voltaje se han convertido en sinónimos de canales que contienen CaV1a1 de tipo L (a1C, a1D) que se activan con una cinética más lenta, pero se desactivan más rápidamente que los de tipo T. Presentan inactivación débil dependiente de voltaje, pero fuerte inactivación dependiente de calcio, y son sensibles a las dihidropiridinas.6,12 En las neuronas, los canales Ca2 + activados por alto voltaje se subdividen en sensibles a la dihidropiridina, de tipo L e insensibles a la dihidropiridina, de tipo P/Q, N y R que contienen subunidades CaV2a1 (a1A, a1B, a1E).6,12,13

Con umbrales de activación bajos e inactivación dependiente de voltaje pronunciada, los canales Ca2 + de tipo T están optimizados para contribuir a las corrientes de despolarización durante la fase de despolarización diastólica lenta que apoya la marcapasos en el nodo sinoauricular (SA).8,9,14,15 La presencia de genes CaV3a1 en el tejido ganglionar de SA del corazón apoya esta visión.16 canales de Ca2 + tipo L, por otro lado, hasta hace poco estaban implicados en fases posteriores de la despolarización diastólica a medida que el potencial de membrana se despolariza más allá de aproximadamente -30 mV. Su dependencia de una despolarización más fuerte para la activación es consistente con la opinión de que los canales Ca2+ de tipo L no contribuyen al inicio del potencial de acción. Sin embargo, estudios recientes de ratones knockout CaV1.3α1, incluidos los de Chiamvimonvat y colegas reportados en este número de Investigación de Circulación, ofrecen evidencia convincente que respalda el papel de los canales Ca2+ de tipo L en la iniciación potencial de acción en el nodo SA.17,18 En ambos estudios, los ratones que carecen del gen CaV1.3α1 de tipo L exhiben una disfunción significativa del nodo SA caracterizada por bradicardia sinusal. Otros investigadores también informan de pérdida auditiva completa, consistente con la expresión prominente de CaV1.3α1 en las células ciliadas internas de la cóclea.18,19

Estos hallazgos son claramente paradójicos a las descripciones clásicas de los canales Ca2+ de tipo L activados por alto voltaje. La explicación es relativamente simple. Los canales Ca2+ de tipo L CaV1.3α1 no están activados por alto voltaje. La evidencia que respalda esta conclusión se presenta en los estudios Striessnig y Chiamvimonvat comparando las propiedades de las corrientes nativas en ratones knockout de tipo salvaje y CaV1.3α1.Otros 17,18 estudios que caracterizan las propiedades funcionales de subunidades CaV1.3α1 recientemente clonadas aisladas de neuronas y células endocrinas proporcionan apoyo adicional.18,20-22

Striessnig y sus colegas registraron a partir de células ciliadas internas de la cóclea de ratones CaV1. 3α1- / – y mostraron pérdida selectiva de una corriente activadora de Ca2+ de umbral bajo. De esto inferieron la presencia de una corriente similar en las células del nodo SA para explicar las anomalías observadas en la marcapasos en los mismos ratones.18 Chiamvimonvat y sus colegas ahora prueban esta hipótesis directamente registrando desde el nodo SA y desde células aisladas de ratones de tipo salvaje y CaV1.3α1 -/−.17 Como se informó en este número de Investigación de Circulación, la ausencia de CaV1. 3α1 se asocia con una tasa reducida de disparo de nódulos SA, una tasa de despolarización diastólica que se ralentiza a voltajes relativamente hiperpolarizados (-40 y -45 mV) y la pérdida de corriente de calcio en células aisladas de nódulos SA que se activa a potenciales de membrana relativamente hiperpolarizados.17 Estos nuevos estudios ofrecen un fuerte apoyo a la CaV1.la ablación de 3α1, la disfunción del nodo SA y la pérdida de una corriente activadora de Ca2+ de umbral bajo en las células del nodo SA están íntimamente relacionadas.

¿Se activan todos los canales Ca2+ de tipo L que contienen subunidad CaV1.3α1 a tensiones hiperpolarizadas? La respuesta es probablemente sí, basado en análisis funcionales recientes de canales CAV1.3α1 recombinantes.20-22 La Figura compara las relaciones de tensión de corriente máxima de los canales de tipo L CaV1.3α1 con los canales de tipo L CaV1.2α1 activados por alto voltaje y con los canales de tipo T CaV3.1α1 activados por bajo voltaje. La gran diferencia en la dependencia de voltaje de la activación entre los dos canales Ca2+ de tipo L es tan sorprendente como la similitud en los umbrales de activación de los canales de tipo L CaV1.3α1 y de tipo T CaV3.1α1.20,23 Mientras que las propiedades de los canales de calcio están influenciadas por varios factores, incluida la asociación con subunidades auxiliares específicas,las características similares de las subunidades CaV1.3α1 clonadas de diferentes tisos20-22,combinadas con dos estudios de ablación génica en ratones 17,18, favorecen la conclusión de que la activación dependiente de bajo voltaje es una característica intrínseca de CaV1.canales Ca2 + de tipo L que contienen 3α1. Claramente, existen diferencias funcionales significativas entre los genes Cav1a1 de tipo L.

Si los canales L que contienen CaV1.3α1 se activan a potenciales de membrana hiperpolarizados, es bastante sorprendente que esta característica no se haya destacado en estudios previos de canales clonados y heterológicamente expresados. Aunque es casi seguro que otros factores influyen en las propiedades de los canales, la concentración de cationes divalentes extracelulares tiene grandes efectos en la dependencia de voltaje de la activación como resultado del cribado de carga y es un factor que difiere significativamente entre los estudios. Por razones desconocidas, lograr altos niveles de expresión a partir de clones CaV1.3α1 ha sido problemático hasta hace poco. Para compensar las bajas densidades de corriente, se han utilizado concentraciones de calcio extracelular y bario de hasta 40 mmol/L.17,24 Según lo sugerido por Zhang et al17, esto probablemente contribuye a la discrepancia entre las propiedades de los canales recombinantes CaV1.3α1 y el rango de activación esperado de los análisis funcionales de las corrientes nativas en las células del nodo SA. El uso de altas concentraciones de cationes divalentes extracelulares en estudios anteriores de canales clonados probablemente oscureció el rango de activación inusualmente hiperpolarizado de los canales Cav1.3α1 L. Es notable que el Cav1.La relación corriente-voltaje de tipo L 3α1 se desplaza hacia tensiones ≈20 mV más despolarizadas y hacia el rango de un canal de tipo L activado por alto voltaje cuando se usa bario de 40 mmol/L.20

Se necesitarán estudios futuros para abordar la importancia relativa de los canales de Ca2+ tipo L que contienen CaV1.3α1 en la marcapasos en el corazón. Aunque el ARNm CaV1.3α1 está presente en los miocitos auricular,25 estudios recientes sugieren que los niveles son muy bajos en el nodo SA, particularmente cuando se comparan con el ARNm tipo T CaV3.1α1.16 La disponibilidad de un inhibidor selectivo de CaV1.los canales L que contienen 3α1 serían una herramienta útil para determinar la contribución relativa de este canal a la función del nodo SA. Los bloqueadores de canal Ca2+ de tipo L clásicos no son útiles en este sentido. Estudios recientes de canales recombinantes de tipo L CaV1.3α1 sugieren una sensibilidad relativamente baja al bloqueo por dihidropiridinas en comparación con los canales de tipo L CaV1.2α1.20,21 Será de interés establecer si una isoforma de empalme única de CaV1. 3α1 se expresa en el nodo SA. Hay evidencia de algún nivel de empalme auricular específico de CaV1.ARN 3α1 en el enlazador S3-S4 del dominio IV del canal.25 El empalme en este sitio cambia la dependencia de voltaje de la activación por < 10 mV y no parece influir en la unión de dihidropiridina.20 Finalmente, dado el énfasis puesto en las similitudes entre los canales de tipo L CaV1.3α1 y Ca2+ de tipo T en términos de sus umbrales de activación, vale la pena señalar las características que distinguen a estos canales. Mientras que los canales Ca2 + de tipo T experimentan una inactivación prominente dependiente de voltaje, los canales Ca2+ de tipo L CaV1.3α1 muestran una inactivación débil dependiente de voltaje, pero fuerte dependiente de calcio. Además, los canales Ca2+ de tipo L CaV1.3α1 se desactivan rápidamente en comparación con los subtipos de canal Ca2+ de tipo T que dominan en el corazón.

Las opiniones expresadas en este editorial no son necesariamente las de los editores o de la American Heart Association.

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