Canali del calcio di tipo L

I canali del calcio voltaggio-dipendenti sono essenziali per accoppiare la depolarizzazione della membrana all’afflusso di calcio in tutte le cellule eccitabili. Il calcio che scorre nelle cellule eccitabili attraverso i canali del calcio voltaggio-gated serve una duplice funzione, generando segnali elettrici e chimici. Gli eventi intracellulari controllati dal calcio sono diversi e molti. Le celle eccitabili possono scegliere tra una serie di subunità del canale Ca2+ voltaggio-gated funzionalmente distinte, le cui attività sono sintonizzate con precisione per supportare compiti specifici. Questi includono accoppiamento eccitazione-contrazione nel muscolo, accoppiamento eccitazione-secrezione nei neuroni, cellule ciliate e cellule endocrine e regolazione dell’espressione genica.1-5 Dieci geni codificano la subunità CaVa1 principale del complesso dei canali del calcio voltaggio-gated nei mammiferi.6 Confronti di sequenza tra geni CaVa1 da diversi genomi rivelano tre famiglie principali, CaV1a1, CaV2a 1 e CaV3a 1.6

Anche prima della disponibilità di tossine selettive, diversi ricercatori hanno dimostrato che classi multiple e funzionalmente distinte di canali del calcio voltaggio-dipendenti sono espresse in una varietà di tipi di cellule, incluso il cuore.8-11 Questa divisione era basata sulla presenza di due classi distinte di canali del calcio che differivano significativamente nella loro dipendenza da tensione di attivazione. È stato stabilito il concetto di canali del calcio attivati a bassa tensione e attivati ad alta tensione, e sebbene semplice, questo rimane un modo utile e informativo per distinguere tra diverse classi di canali del calcio.

Alcune caratteristiche sono emerse da studi sui canali del calcio voltaggio-dipendenti nel cuore e nei neuroni che hanno stabilito una serie di criteri standard per definire la presenza di uno specifico sottotipo di canale Ca2+. I canali Ca2+ attivati a bassa tensione, di tipo T, che contengono subunità CaV3a1 (a1G, a1H, a1I) si attivano rapidamente, si disattivano lentamente, presentano un’inattivazione tensione-dipendente pronunciata e sono insensibili alle diidropiridine e a molte altre tossine che inibiscono i canali del calcio neuronali. Negli studi sul tessuto cardiaco, i canali attivati ad alta tensione sono diventati sinonimi di canali contenenti CaV1a1 di tipo L (A1c, A1D) che si attivano con una cinetica più lenta, ma si disattivano più rapidamente rispetto al tipo T. Presentano una debole inattivazione voltaggio-dipendente, ma una forte inattivazione calcio-dipendente e sono sensibili alle diidropiridine.6,12 Nei neuroni, i canali Ca2 + attivati ad alta tensione sono ulteriormente suddivisi in sensibili alla diidropiridina, tipo L e insensibile alla diidropiridina, tipo P / Q, N e R che contengono subunità CaV2a1 (A1A, a1B, A1E).6,12,13

Con soglie di attivazione basse e inattivazione tensione-dipendente pronunciata, i canali Ca2+ di tipo T sono ottimizzati per contribuire a depolarizzare le correnti durante la lenta fase di depolarizzazione diastolica che supporta il pacemaking nel nodo seno-atriale (SA).8,9,14,15 La presenza di geni CaV3a1 nel tessuto nodale SA del cuore supporta questa visione.16 Canali Ca2+ di tipo L, d’altra parte, fino a poco tempo fa erano implicati nelle fasi successive della depolarizzazione diastolica in quanto il potenziale di membrana depolarizza oltre circa -30 mV. La loro dipendenza da una depolarizzazione più forte per l’attivazione è coerente con l’opinione che i canali Ca2+ di tipo L non contribuiscano all’avvio del potenziale d’azione. Tuttavia, recenti studi sui topi knockout CaV1.3α1, compresi quelli di Chiamvimonvat e colleghi riportati in questo numero di Circulation Research, offrono prove convincenti a sostegno di un ruolo per i canali Ca2+ di tipo L nell’iniziazione del potenziale d’azione nel nodo SA.17,18 In entrambi gli studi, i topi privi del gene CaV1.3α1 di tipo L mostrano una significativa disfunzione del nodo SA caratterizzata da bradicardia sinusale. Altri ricercatori riportano anche una completa perdita dell’udito, coerente con l’espressione prominente di CaV1.3α1 nelle cellule ciliate interne della coclea.18,19

Questi risultati sono chiaramente paradossali rispetto alle descrizioni classiche dei canali Ca2+ di tipo L come attivati ad alta tensione. La spiegazione è relativamente semplice. CaV1. 3α1 L-tipo Ca2 + canali non sono ad alta tensione-attivato. Le prove a sostegno di questa conclusione sono presentate sia negli studi Striessnig che Chiamvimonvat confrontando le proprietà delle correnti native nei topi knockout wild-type e CaV1.3α1.17,18 Altri studi che caratterizzano le proprietà funzionali delle subunità CaV1.3α1 recentemente clonate isolate dai neuroni e dalle cellule endocrine forniscono ulteriore supporto.18,20− 22

Striessnig e colleghi hanno registrato da cellule ciliate interne della coclea dei topi CaV1.3α1−/-e hanno mostrato una perdita selettiva di una corrente Ca2+ attivante a bassa soglia. Da ciò hanno dedotto la presenza di una corrente simile nelle cellule del nodo SA per spiegare le anomalie osservate nel pacemaking negli stessi topi.18 Chiamvimonvat e colleghi ora testano questa ipotesi direttamente registrando dal nodo SA e da cellule isolate di topi wild-type e CaV1.3α1−/−.17 Come riportato in questo numero di Circulation Research, l’assenza di CaV1.3α1 è associata a una velocità ridotta di attivazione del nodo SA, velocità di depolarizzazione diastolica che rallenta a tensioni relativamente iperpolarizzate (-40 e -45 mV) e la perdita di corrente di calcio in cellule isolate del nodo SA che si attiva a potenziali di membrana relativamente iperpolarizzati.17 Questi nuovi studi offrono un forte sostegno che CaV1.l’ablazione 3α1, la disfunzione del nodo SA e la perdita di una corrente Ca2+ attivante a bassa soglia nelle celle del nodo SA sono intimamente collegate.

Tutti i canali Ca2+ di tipo L che contengono subunità CaV1.3α1 si attivano a tensioni iperpolarizzate? La risposta è probabilmente sì, sulla base di recenti analisi funzionali dei canali ricombinanti CaV1.3α1.20-22 La figura confronta le relazioni di tensione di corrente di picco dei canali di tipo L CaV1.3α1 con i canali di tipo T CAV1.2α1 attivati ad alta tensione e con i canali di tipo T Cav3.1α1 attivati a bassa tensione. La grande differenza nella dipendenza di tensione dell’attivazione tra i due canali Ca2 + di tipo L è sorprendente quanto la somiglianza nelle soglie di attivazione dei canali CaV1.3α1 di tipo L e CaV3.1α1 di tipo T.20,23 Mentre le proprietà dei canali del calcio sono influenzate da diversi fattori tra cui l’associazione con specifiche subunità ausiliarie,le caratteristiche simili delle subunità CaV1.3α1 clonate da diversi tessuti,20-22 combinate con due studi di ablazione genica nei topi,17, 18 favoriscono la conclusione che l’attivazione a bassa tensione dipendente è una caratteristica intrinseca di CaV1.3α1-contenente L-tipo Ca2+ canali. Chiaramente, esistono differenze funzionali significative tra i geni Cav1a1 di tipo L.

Se i canali L contenenti CaV1.3α1 si attivano a potenziali di membrana iperpolarizzati, è piuttosto sorprendente che questa caratteristica non sia stata evidenziata in precedenti studi su canali clonati ed eterologicamente espressi. Sebbene altri fattori influenzino quasi certamente le proprietà del canale, la concentrazione del catione bivalente extracellulare ha grandi effetti sulla dipendenza dalla tensione dell’attivazione a seguito dello screening della carica ed è un fattore che differisce significativamente tra gli studi. Per ragioni sconosciute, raggiungere livelli di espressione elevati dai cloni CaV1.3α1 è stato fino a poco tempo fa problematico. Per compensare le basse densità di corrente, sono state utilizzate concentrazioni di calcio extracellulare e bario fino a 40 mmol/L.17,24 Come suggerito da Zhang et al,17 questo probabilmente contribuisce alla discrepanza tra le proprietà dei canali ricombinanti CaV1.3α1 e l’intervallo di attivazione previsto dalle analisi funzionali delle correnti native nelle cellule del nodo SA. L’uso di alte concentrazioni di cationi bivalenti extracellulari in studi precedenti di canali clonati probabilmente ha oscurato l’intervallo di attivazione insolitamente iperpolarizzato dei canali Cav1.3α1 L. È notevole che il Cav1.3α1 La relazione corrente-tensione di tipo L viene spostata verso tensioni ≈20 mV più depolarizzate e nell’intervallo di un canale di tipo L attivato ad alta tensione quando viene utilizzato 40 mmol / L di bario.20

Saranno necessari studi futuri per affrontare l’importanza relativa dei canali Ca2+ di tipo L contenenti CaV1.3α1 nella pacemaking nel cuore. Sebbene l’mRNA CaV1.3α1 sia presente nei miociti atriali,25 studi recenti suggeriscono che i livelli sono molto bassi nel nodo SA, in particolare se confrontati con l’mRNA di tipo T CaV3.1α1.16 La disponibilità di un inibitore selettivo di CaV1.i canali L contenenti 3α1 si rivelerebbero uno strumento utile per determinare il contributo relativo di questo canale alla funzione del nodo SA. I classici bloccanti dei canali Ca2 + di tipo L non sono utili a questo proposito. Recenti studi di canali ricombinanti di tipo L CaV1.3α1 suggeriscono una sensibilità relativamente bassa al blocco da diidropiridine rispetto ai canali di tipo L CaV1.2α1.20,21 Sarà interessante stabilire se un’isoforma di giunzione unica di CaV1.3α1 è espressa nel nodo SA. Ci sono prove per un certo livello di splicing atriale-specifico di CaV1.3α1 RNA nel linker S3-S4 del dominio IV del canale.25 Lo splicing in questo sito sposta la dipendenza da tensione di attivazione di < 10 mV e non sembra influenzare il legame diidropiridina.20 Infine, data l’enfasi posta sulle somiglianze tra i canali CaV1.3α1 L-type e T-type Ca2+ in termini di soglie di attivazione, vale la pena notare le caratteristiche che distinguono questi canali. Mentre i canali Ca2+ di tipo T subiscono un’inattivazione tensione-dipendente prominente, i canali Ca2+ di tipo CaV1.3α1 L mostrano un’inattivazione debole tensione-dipendente, ma forte calcio-dipendente. Inoltre, i canali Ca2+ di tipo L CaV1.3α1 si disattivano rapidamente rispetto ai sottotipi di canale Ca2+ di tipo T che dominano nel cuore.

Le opinioni espresse in questo editoriale non sono necessariamente quelle degli editori o dell’American Heart Association.

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