kanały wapniowe typu L

kanały wapniowe bramkowane napięciem są niezbędne do depolaryzacji błony sprzęgającej do napływu wapnia we wszystkich pobudliwych komórkach . Wapń, który przepływa do pobudliwych komórek przez kanały wapniowe bramkowane napięciem, pełni podwójną funkcję, generując zarówno sygnały elektryczne, jak i chemiczne. Wewnątrzkomórkowe zdarzenia kontrolowane przez wapń są zróżnicowane i liczne. Pobudliwe komórki mogą wybierać spośród wielu funkcjonalnie odrębnych podjednostek kanału Ca2+, których działania są precyzyjnie dostrojone do obsługi określonych zadań. Należą do nich pobudzenie-skurcz sprzęgła w mięśniach, pobudzenie-wydzielanie sprzęgła w neuronach, komórkach włosowych i komórkach endokrynologicznych, i regulacji ekspresji genów.1-5 dziesięciu genów koduje główną podjednostkę CaVa1 kompleksu kanału wapniowego ogrodzonego napięciem u ssaków.6 porównania sekwencji genów CaVa1 z kilku genomów ujawniają trzy główne rodziny, CaV1a1, CaV2a 1 i CaV3a 1.

jeszcze przed pojawieniem się selektywnych toksyn, kilku badaczy wykazało, że wiele, funkcjonalnie odrębnych klas kanałów wapniowych bramkowanych napięciem ulega ekspresji w różnych typach komórek, w tym w sercu.8-11 podział ten opierał się na obecności dwóch odrębnych klas kanałów wapniowych, które znacznie różniły się zależnością napięciową aktywacji. Opracowano koncepcję kanałów wapniowych aktywowanych niskim napięciem i aktywowanych wysokim napięciem i chociaż jest to proste, pozostaje to użyteczny i pouczający sposób rozróżniania między różnymi klasami kanałów wapniowych.

niektóre cechy pojawiły się w badaniach kanałów wapniowych bramkowanych napięciem w sercu i neuronach, które ustanowiły zestaw standardowych kryteriów określających obecność określonego podtypu kanału Ca2+. Kanały aktywowane niskonapięciowo, typu T, Ca2+, które zawierają podjednostki CaV3a1 (a1G, a1H, A1i) aktywują się szybko, dezaktywują powoli, wykazują wyraźną inaktywację zależną od napięcia i są niewrażliwe na dihydropirydyny i kilka innych toksyn, które hamują neuronalne kanały wapniowe. W badaniach tkanki serca kanały aktywowane wysokim napięciem stały się synonimem kanałów zawierających CaV1a1 typu L (A1c, A1D), które aktywują się wolniej, ale dezaktywują szybciej niż kanały typu T. Wykazują słabą inaktywację zależną od napięcia, ale silną inaktywację zależną od wapnia i są wrażliwe na dihydropirydyny.6,12 w neuronach aktywowane wysokim napięciem kanały Ca2+ są dalej dzielone na wrażliwe na dihydropirydynę, typu L i niewrażliwe na dihydropirydynę, typu P / Q -, N-i typu R, które zawierają podjednostki CaV2a1 (A1A, a1B, A1E).6,12,13

przy niskich progach aktywacji i wyraźnej inaktywacji zależnej od napięcia, kanały Ca2+ typu T są zoptymalizowane pod kątem przyczyniania się do prądów depolaryzacyjnych podczas fazy depolaryzacji powolnego rozkurczu, która wspomaga rozruch serca w węźle zatokowo-przedsionkowym (SA).8,9,14,15 obecność genów CaV3a1 w tkance węzłowej serca wspiera ten pogląd.Z drugiej strony, 16 kanałów Ca2+ typu L do niedawna było zaangażowanych w późniejsze fazy rozkurczowej depolaryzacji, ponieważ potencjał błonowy depolaryzuje się poza około -30 mV. Ich zależność od silniejszej depolaryzacji w celu aktywacji jest zgodna z poglądem, że kanały Ca2+ typu L nie przyczyniają się do inicjacji potencjału czynnościowego. Jednak ostatnie badania myszy knockout CaV1. 3α1, w tym te Chiamvimonvat i współpracowników zgłoszone w tym wydaniu badań cyrkulacji, oferują przekonujące dowody potwierdzające rolę kanałów Ca2+ typu L w inicjacji potencjału czynnościowego w węźle SA.17,18 w obu badaniach myszy pozbawione genu CaV1.3α1 typu L wykazują istotną dysfunkcję węzła SA charakteryzującą się bradykardią zatokową. Inni badacze zgłaszają również całkowity ubytek słuchu, zgodny z wyraźną ekspresją CaV1. 3α1 w wewnętrznych komórkach włosowych ślimaka.18,19

te ustalenia są wyraźnie paradoksalne dla klasycznych opisów kanałów Ca2+ typu L jako aktywowanych wysokim napięciem. Wyjaśnienie jest stosunkowo proste. Kanały Ca2 + typu CaV1. 3α1 typu L nie są aktywowane wysokim napięciem. Dowody potwierdzające ten wniosek przedstawiono zarówno w badaniach Striessnig, jak i Chiamvimonvat, porównując właściwości natywnych prądów u myszy knockout typu dzikiego i cav1.3α1.17,18 inne badania charakteryzujące właściwości funkcjonalne niedawno sklonowanych podjednostek CaV1. 3α1 wyizolowanych z neuronów i komórek endokrynologicznych zapewniają dodatkowe wsparcie.18,20-22

striessnig i współpracownicy zarejestrowali z wewnętrznych komórek włosowych ślimaka myszy CaV1. 3α1 – / – i wykazali selektywną utratę niskiego progu aktywującego prąd Ca2+. Z tego wywnioskowali obecność podobnego prądu w komórkach węzłów SA, aby wyjaśnić obserwowane nieprawidłowości w rozruszniku serca u tych samych myszy.18 Chiamvimonvat i współpracownicy teraz przetestować tę hipotezę bezpośrednio rejestrując z węzła SA i izolowanych komórek dzikiego typu i CaV1. 3α1 – / – myszy.17 Jak donoszono w tym wydaniu badań cyrkulacyjnych, brak CaV1. 3α1 jest związany ze zmniejszoną szybkością wypalania węzłów SA, spowolnieniem szybkości depolaryzacji rozkurczowej przy stosunkowo hiperpolaryzowanych napięciach (-40 i -45 mV) oraz utratą prądu wapnia w izolowanych komórkach węzłów SA, które aktywują się przy stosunkowo hiperpolaryzowanych potencjałach błonowych.17 te nowe badania oferują silne wsparcie, że CaV1.Ablacja 3α1, dysfunkcja węzła SA i utrata niskiego progu aktywującego prąd Ca2+ w komórkach węzła SA są ściśle powiązane.

czy wszystkie kanały typu L Ca2+ zawierające podjednostkę CaV1.3α1 aktywują się przy napięciach hiperpolaryzowanych? Odpowiedź brzmi prawdopodobnie tak, na podstawie ostatnich analiz funkcjonalnych rekombinowanych kanałów CaV1. 3α1.20-22 rysunek porównuje szczytowe relacje napięciowe kanałów typu CaV1.3α1 L z kanałami typu CaV1.2α1 l aktywowanymi wysokim napięciem i z kanałami typu T aktywowanymi niskim napięciem CaV3.1α1. Duża różnica w zależności napięcia aktywacji między dwoma kanałami Ca2 + typu L jest tak uderzająca, jak podobieństwo progów aktywacji kanałów typu L CaV1. 3α1 i kanałów typu T CaV3. 1α1.20,23 podczas gdy na właściwości kanałów wapniowych wpływa kilka czynników, w tym związek ze specyficznymi podjednostkami pomocniczymi, podobne cechy podjednostek CaV1.3α1 sklonowanych z różnych tkanek,20-22 w połączeniu z dwoma badaniami ablacji genów u myszy,17,18 przemawiają za wnioskiem, że aktywacja zależna od niskiego napięcia jest nieodłączną cechą CaV1.Kanały Ca2+ zawierające 3α1. Wyraźnie istnieją znaczące różnice funkcjonalne pomiędzy genami Cav1a1 typu L.

jeśli kanały L zawierające CaV1. 3α1 aktywują się w hiperpolaryzowanych potencjałach membranowych, jest raczej zaskakujące, że ta cecha nie została podkreślona we wcześniejszych badaniach sklonowanych i heterologicznie wyrażonych kanałów. Chociaż inne czynniki prawie na pewno wpływają na właściwości kanału, stężenie zewnątrzkomórkowych kationów dwuwartościowych ma duży wpływ na zależność napięciową aktywacji w wyniku przesiewania ładunku i jest czynnikiem znacznie różniącym się w badaniach. Z nieznanych powodów osiągnięcie wysokich poziomów ekspresji z klonów CaV1. 3α1 do niedawna było problematyczne. W celu skompensowania niskiej gęstości prądu zastosowano stężenia zewnątrzkomórkowego wapnia i baru do 40 mmol/l.17,24 jak sugerują Zhang i wsp., 17 prawdopodobnie przyczynia się to do rozbieżności między właściwościami rekombinowanych kanałów CaV1.3α1 a zakresem aktywacji oczekiwanym z funkcjonalnych analiz natywnych prądów w komórkach węzłów SA. Zastosowanie wysokich stężeń zewnątrzkomórkowych kationów dwuwartościowych we wcześniejszych badaniach sklonowanych kanałów prawdopodobnie przesłoniło niezwykle hiperpolaryzowany zakres aktywacji kanałów Cav1. 3α1 L. Warto zauważyć, że Cav1.3α1 zależność prąd-napięcie typu L jest przesunięta w kierunku napięć ≈20 mV bardziej zdepolaryzowanych i w zakres kanału typu L aktywowanego wysokim napięciem, gdy stosuje się 40 mmol/L baru.20

potrzebne będą przyszłe badania w celu zajęcia się względnym znaczeniem kanałów Ca2 + typu L zawierających CaV1.3α1 w stymulowaniu serca. Chociaż mRNA CaV1. 3α1 występuje w miocytach przedsionkowych, 25 ostatnich badań sugeruje, że poziomy są bardzo niskie w węźle SA, szczególnie w porównaniu z mRNA typu T CaV3.1α1.Dostępność selektywnego inhibitora CaV1.Kanały l zawierające 3α1 okazałyby się użytecznym narzędziem do określenia względnego udziału tego kanału w funkcji węzła SA. Klasyczne blokery kanałów Ca2 + typu L nie są w tym względzie użyteczne. Ostatnie badania rekombinowanych kanałów typu CaV1. 3α1 l sugerują stosunkowo niską wrażliwość na blokowanie przez dihydropirydyny w porównaniu z kanałami typu CaV1.2α1 L.20,21 interesujące będzie ustalenie, czy unikalna izoforma splotu CaV1. 3α1 jest wyrażona w węźle SA. Istnieją dowody na pewien poziom specyficznego dla przedsionków splicingu CaV1.3α1 RNA w łączniku S3–S4 domeny IV kanału.Splicing w tym miejscu przesuwa zależność napięcia aktywacji o <10 mV i wydaje się, że nie wpływa na Wiązanie dihydropirydyny.20 Wreszcie, biorąc pod uwagę nacisk położony na podobieństwa między kanałami Ca2 + typu CaV1. 3α1 i Ca2+ typu T pod względem progów ich aktywacji, warto zwrócić uwagę na cechy, które wyróżniają te kanały. Podczas gdy kanały Ca2+ typu T ulegają wyraźnej inaktywacji zależnej od napięcia, kanały Ca2+ typu CaV1.3α1 wykazują słabą inaktywację zależną od napięcia, ale silną zależną od wapnia. Co więcej, kanały Ca2+ typu CaV1.3α1 l dezaktywują się szybko w porównaniu z podtypami kanałów Ca2+ typu T, które dominują w sercu.

opinie wyrażone w tej redakcji niekoniecznie są opiniami redaktorów lub American Heart Association.

Przypisy