L-tyypin kalsiumkanavat

Jännitekaistaleiset kalsiumkanavat ovat välttämättömiä kalvon depolarisaatiossa kalsiumin virtaamiseen kaikissa liikuteltavissa soluissa. Kalsium, joka virtaa jännitteisissä soluissa jännitteellä varustettujen kalsiumkanavien kautta, toimii kahdella tavalla ja tuottaa sekä sähköisiä että kemiallisia signaaleja. Kalsiumin säätelemät solunsisäiset tapahtumat ovat moninaisia ja monia. Excitable cells voi valita useista toiminnallisesti erillisistä jännitteisistä Ca2+ – kanavaisista alayksiköistä, joiden toiminnot on tarkasti viritetty tukemaan tiettyjä tehtäviä. Näitä ovat muun muassa lihasten eksitaatio-supistumiskytkentä, hermosolujen, karvasolujen ja endokriinisten solujen eksitaatio-erityskytkentä sekä geeniekspression säätely.1-5 kymmentä geeniä koodaa nisäkkäiden jännitesidonnaisen kalsiumkanavakompleksin pääasiallista cava1-alayksikköä.6 Sekvenssivertailut cava1-geenien välillä useista genomeista paljastavat kolme pääperhettä, CaV1a1, CaV2a 1 ja cav3a 1.6

jo ennen selektiivisten toksiinien saatavuutta useat tutkijat osoittivat, että jännitteellä varustettujen kalsiumkanavien useita, toiminnallisesti erillisiä luokkia ilmaistaan eri solutyypeissä, sydän mukaan luettuna.8-11 tämä jako perustui siihen, että oli olemassa kaksi erillistä kalsiumkanavien luokkaa, jotka erosivat toisistaan merkittävästi aktivaation jänniteriippuvuudessaan. Käsite matalajännite-aktivoidut ja suurjännite-aktivoidut kalsiumkanavat luotiin, ja vaikka se on yksinkertainen, se on edelleen hyödyllinen ja informatiivinen tapa erottaa kalsiumkanavien eri luokat.

tiettyjä piirteitä on ilmennyt tutkimuksissa, joissa sydämen ja neuronien jänniteporttisilla kalsiumkanavilla on määritetty joukko standardikriteereitä tietyn Ca2+-kanavan alatyypin esiintymisen määrittelemiseksi. Matalajänniteaktivoidut, T-tyypin Ca2+ – kanavat, jotka sisältävät CaV3a1-alayksiköitä (a1G, a1H, A1i) aktivoituvat nopeasti, deaktivoituvat hitaasti, ilmenevät voimakkaana jännitteestä riippuvaisena inaktivaationa ja ovat herkkiä dihydropyridiineille ja useille muille toksiineille, jotka estävät neuronaalisia kalsiumkanavia. Sydänkudosta koskevissa tutkimuksissa korkeajänniteaktivoiduista kanavista on tullut synonyymejä L-tyypin CaV1a1 (a1C, a1D) sisältäville kanaville, jotka aktivoituvat hitaammalla kinetiikalla, mutta deaktivoituvat nopeammin kuin T-tyyppi. Niissä esiintyy heikkoa jänniteriippuvaista inaktivaatiota, mutta voimakasta kalsiumriippuvaista inaktivaatiota, ja ne ovat herkkiä dihydropyridiineille.6,12 neuroneissa korkeajänniteaktivoidut Ca2+ – kanavat jaetaan edelleen dihydropyridiiniherkiksi, L-tyypeiksi ja dihydropyridiiniherkiksi, P/Q -, N-ja R-tyypeiksi, jotka sisältävät CaV2a1-alayksiköitä (a1A, a1B, A1E).6,12,13

matalilla aktivointikynnyksillä ja voimakkaalla jännitteestä riippuvaisella inaktivoinnilla T-tyypin Ca2+-kanavat on optimoitu edistämään depolarisoivia virtoja hitaan diastolisen depolarisaatiovaiheen aikana, joka tukee tahdistusta sinoatriaalisolmussa (SA).8,9,14,15 cav3a1-geenien esiintyminen sydämen sa-solmukudoksessa tukee tätä näkemystä.16 L-tyypin Ca2 + – kanavat, toisaalta, viime aikoihin asti olivat mukana diastolisen depolarisaation myöhemmissä vaiheissa, kun kalvon potentiaali depolarisoituu yli noin -30 mV. Niiden riippuvuus voimakkaammasta depolarisaatiosta aktivoinnissa on sopusoinnussa sen näkemyksen kanssa, että L-tyypin Ca2+ – kanavat eivät edistä aktiopotentiaalin käynnistymistä. Viimeaikaiset tutkimukset cav1.3α1 knockout-hiirillä, mukaan lukien Chiamvimonvatin Hiiret ja kollegat, jotka on raportoitu tässä Circulation Research-lehden numerossa, tarjoavat kuitenkin vakuuttavaa näyttöä, joka tukee L-tyypin Ca2+ – kanavien roolia toiminnan mahdollisessa aloituksessa SA-solmussa.17,18 molemmissa tutkimuksissa hiirillä, joilta puuttuu L-tyypin CaV1.3α1-geeni, esiintyi merkittävää SINUSBRADYKARDIAAN liittyvää SA-solmun toimintahäiriötä. Toiset tutkijat raportoivat myös täydellisestä kuulon heikkenemisestä, mikä viittaa cav1.3α1: n huomattavaan ilmentymiseen simpukan sisemmissä karvasoluissa.18,19

nämä havainnot ovat selvästi paradoksaalisia klassisille kuvauksille L-tyypin Ca2+ – kanavista suurjänniteaktivoituina. Selitys on suhteellisen yksinkertainen. CaV1. 3α1 L-tyypin Ca2+ – kanavat eivät ole suurjänniteaktivoituja. Tätä päätelmää tukevat todisteet on esitetty sekä Striessnig – että Chiamvimonvat-tutkimuksissa vertaamalla luonnonvaraisten ja cav1.3α1 knockout-hiirten kotoperäisten virtausten ominaisuuksia.17,18 muut tutkimukset, jotka kuvaavat äskettäin kloonattujen cav1.3α1-alayksiköiden toiminnallisia ominaisuuksia, jotka on eristetty neuroneista ja endokriinisistä soluista, antavat lisätukea.18,20− 22

Striessnig ja kollegat kirjattiin cav1.3α1−/-hiirten sisäkorvan karvasoluista ja osoittivat selektiivisen matalan kynnyksen aktivoivan Ca2+ – virran häviämisen. Tästä he päättelivät samankaltaisen virran läsnäolon SA-solmusoluissa selittääkseen samojen hiirten havaitut poikkeamat tahdistuksessa.18 Chiamvimonvat ja kollegat testaavat nyt tätä hypoteesia suoraan tallentamalla SA-solmusta ja eristetyistä villin tyypin ja cav1.3α1-/− hiiren soluista.17 kuten tässä Kiertotutkimuksessa on raportoitu, cav1.3α1: n puuttuminen liittyy SA-solmun laukaisun vähenemiseen, diastoliseen depolarisaationopeuteen, joka hidastuu suhteellisen hyperpolarisoiduilla jännitteillä (-40 ja -45 mV) ja kalsiumvirran menetykseen eristetyissä SA-solmusoluissa, jotka aktivoituvat suhteellisen hyperpolarisoiduilla kalvopotentiaaleilla.17 nämä uudet tutkimukset tarjoavat vahvaa tukea, että CaV1.3α1 ablaatio, SA-solmun toimintahäiriö ja matalan kynnyksen aktivoivan Ca2+ – virran menetys SA-solmun soluissa liittyvät läheisesti toisiinsa.

aktivoituvatko kaikki L-tyypin Ca2+ – kanavat, jotka sisältävät cav1.3α1-alayksikön hyperpolarisoiduilla jännitteillä? Vastaus on todennäköisesti kyllä, perustuen viimeaikaisiin funktionaalisiin analyyseihin rekombinanteista CaV1. 3α1-kanavista.20-22 Kuvassa verrataan cav1.3α1 L-tyypin kanavien huippuvirtajännitesuhteita suurjänniteaktivoituihin CaV1.2α1 L-tyypin kanaviin ja pienjänniteaktivoituihin CaV3.1α1 T-tyypin kanaviin. Suuri ero aktivoinnin jänniteriippuvuudessa kahden L-tyypin Ca2+ – kanavan välillä on yhtä silmiinpistävä kuin cav1.3α1 L-tyypin ja CaV3.1α1 T-tyypin kanavien aktivointikynnysten samankaltaisuus.20,23 vaikka kalsiumkanavien ominaisuuksiin vaikuttavat useat tekijät, mukaan lukien yhteys tiettyihin apualayksiköihin,eri kudoksista kloonattujen cav1.3α1-alayksiköiden,20-22 yhdistettynä kahteen hiirillä tehtyyn geeniablaatiotutkimukseen,17, 18, samankaltaiset ominaisuudet puoltavat päätelmää, jonka mukaan pienjännitteestä riippuvainen aktivaatio on cav1: n luontainen ominaisuus.3α1-sisältävät L-tyypin Ca2+ – kanavat. L-tyypin Cav1a1-geenien välillä on selvästi merkittäviä toiminnallisia eroja.

jos CaV1. 3α1 sisältävät L-kanavat aktivoituvat hyperpolarisoiduissa kalvopotentiaaleissa, on melko yllättävää, ettei tätä ominaisuutta ole korostettu aiemmissa kloonatuilla ja heterologisesti ilmaistuilla kanavilla tehdyissä tutkimuksissa. Vaikka muut tekijät vaikuttavat melko varmasti kanavan ominaisuuksiin, solunulkoisen kaksiarvoisen kationin konsentraatiolla on suuret vaikutukset aktivaation jänniteriippuvuuteen varausseulonnan seurauksena ja se on tekijä, joka eroaa merkittävästi tutkimusten välillä. Tuntemattomasta syystä korkean ilmaisutason saavuttaminen CaV1. 3α1-klooneista on viime aikoihin asti ollut ongelmallista. Alhaisen virtatiheyden kompensoimiseksi on käytetty solunulkoisen kalsiumin ja bariumin pitoisuuksia jopa 40 mmol / L.17,24 kuten Zhang ym. ehdottivat, 17 Tämä todennäköisesti vaikuttaa ristiriitaan rekombinanttien cav1. 3α1-kanavien ominaisuuksien ja NATIIVIVIRTOJEN funktionaalisista analyyseistä saatavan aktivaatioalueen välillä SA-solmusoluissa. Suurten solunulkoisten kahdenarvoisten kationien pitoisuuksien käyttö kloonattujen kanavien aiemmissa tutkimuksissa todennäköisesti peitti cav1, 3α1 L-kanavien epätavallisen hyperpolarisoidun aktivaatioalueen. On huomattava, että Cav1.3α1 L-tyypin virta-jännite-suhde siirtyy kohti jännitteitä ≈ ≈ 20 mV depolarisoituneempi ja korkeajänniteaktivoidun L-tyypin kanavan alueelle, kun käytetään 40 mmol/L bariumia.20

tulevia tutkimuksia tarvitaan CaV1.3α1: tä sisältävien L-tyypin Ca2+-kanavien suhteellisen merkityksen selvittämiseksi sydämen tahdistuksessa. Vaikka CaV1.3α1 mRNA: ta esiintyy eteisen myosyyteissä,25 viimeaikaisen tutkimuksen mukaan pitoisuudet ovat hyvin alhaiset SA-solmussa, erityisesti verrattuna CaV3.1α1 T-tyypin mRNA: han.16 selektiivisen cav1: n estäjän saatavuus.3α1 sisältävät L-kanavat osoittautuisivat hyödylliseksi työkaluksi tämän kanavan suhteellisen osuuden määrittämiseksi SA-solmufunktioon. Klassiset L-tyypin Ca2+ – kanavasalpaajat eivät ole hyödyllisiä tässä suhteessa. Viimeaikaiset tutkimukset rekombinanteista CaV1.3α1 L-tyypin kanavista viittaavat siihen, että dihydropyridiinien blokkiherkkyys on suhteellisen alhainen verrattuna CaV1.2α1 L-tyypin kanaviin.20,21 on kiinnostavaa selvittää, ilmaistaanko SA-solmussa cav1.3α1: n ainutlaatuinen liitos-isoformi. Cav1: n jonkinasteisesta eteis-spesifisestä kiertymisestä on näyttöä.3α1 RNA kanavan domain IV: n S3–S4-linkkerissä.25 liittäminen tähän kohtaan siirtää aktivaation jänniteriippuvuutta <10 mV eikä näytä vaikuttavan dihydropyridiinin sitoutumiseen.20 kun otetaan huomioon cav1.3α1 L-tyypin ja T-tyypin Ca2+ – kanavien yhtäläisyydet niiden aktivointikynnysten osalta, on syytä huomata piirteitä, jotka erottavat nämä kanavat toisistaan. Siinä missä T-tyypin Ca2+ – kanavat käyvät läpi huomattavan jänniteriippuvaisen inaktivaation, CaV1. 3α1 L-tyypin Ca2+-kanavat osoittavat heikon jänniteriippuvaisen, mutta voimakkaan kalsiumriippuvaisen inaktivaation. Lisäksi cav1.3α1 L-tyypin Ca2+-kanavat deaktivoituvat nopeasti verrattuna T-tyypin Ca2+ – kanavan alatyyppeihin, jotka hallitsevat sydäntä.

tässä pääkirjoituksessa esitetyt mielipiteet eivät välttämättä ole päätoimittajien tai American Heart Associationin mielipiteitä.

alaviitteet