l-typ kalciumkanaler

spänningsstyrda kalciumkanaler är väsentliga för koppling av membrandepolarisering till tillströmningen av kalcium i alla exciterbara celler. Kalcium som strömmar in i excitativa celler genom spänningsstyrda kalciumkanaler tjänar en dubbel funktion som genererar både elektriska och kemiska signaler. De intracellulära händelserna som kontrolleras av kalcium är olika och många. Excitable celler kan välja från ett antal funktionellt distinkta spänningsstyrda Ca2 + – kanalunderenheter, vars aktiviteter är exakt inställda för att stödja specifika uppgifter. Dessa inkluderar excitation-kontraktionskoppling i muskler, excitation-sekretionskoppling i neuroner, hårceller och endokrina celler och reglering av genuttryck.1-5 tio gener kodar för Huvud CaVa1-underenheten i det spänningsstyrda kalciumkanalkomplexet hos däggdjur.6 Sekvensjämförelser mellan CaVa1-gener från flera genom avslöjar tre stora familjer, CaV1a1, CaV2a 1 och CaV3a 1.6

redan före tillgängligheten av selektiva toxiner visade flera utredare att flera, funktionellt distinkta klasser av spänningsstyrda kalciumkanaler uttrycks i en mängd olika celltyper inklusive hjärta.8-11 denna uppdelning baserades på närvaron av två distinkta klasser av kalciumkanaler som skilde sig signifikant i deras spänningsberoende av aktivering. Begreppet lågspänningsaktiverade och högspänningsaktiverade kalciumkanaler etablerades, och även om det är enkelt, är detta fortfarande ett användbart och informativt sätt att skilja mellan olika klasser av kalciumkanaler.

vissa funktioner har framkommit från studier av spänningsstyrda kalciumkanaler i hjärta och neuroner som har etablerat en uppsättning standardkriterier för att definiera närvaron av en specifik Ca2+-kanalsubtyp. Lågspänningsaktiverad, T-typ, Ca2+ – kanaler som innehåller CaV3a1-underenheter (a1G, a1h, a1I) aktiveras snabbt, inaktiveras långsamt, uppvisar uttalad spänningsberoende inaktivering och är okänsliga för dihydropyridiner och flera andra toxiner som hämmar neuronala kalciumkanaler. I studier av hjärtvävnad har högspänningsaktiverade kanaler blivit synonymt med L-typ CaV1a1 (a1C, a1D)-innehållande kanaler som aktiveras med långsammare kinetik, men avaktiveras snabbare än T-typ. De uppvisar svag spänningsberoende inaktivering, men stark kalciumberoende inaktivering och är känsliga för dihydropyridiner.6,12 i neuroner är högspänningsaktiverade Ca2+-kanaler vidare indelade i dihydropyridinkänsliga, L-typ och dihydropyridinkänsliga, P/Q -, N-och R-typ som innehåller CaV2a1-subenheter (a1A, a1B, a1E).6,12,13

med låga aktiveringströsklar och uttalad spänningsberoende inaktivering optimeras t-Typ Ca2+-kanaler för att bidra till depolariserande strömmar under den långsamma diastoliska depolariseringsfasen som stöder pacemaking i sinoatrial (SA) – noden.8,9,14,15 närvaron av CaV3a1 gener i Sa nodal vävnad i hjärtat stöder denna uppfattning.16 L-typ Ca2+ – kanaler, å andra sidan, tills nyligen var inblandade i senare faser av diastolisk depolarisering när membranpotentialen depolariserar bortom cirka -30 mV. Deras beroende av starkare depolarisering för aktivering överensstämmer med uppfattningen att L-typ Ca2+ – kanaler inte bidrar till initiering av åtgärdspotentialen. Men nyligen genomförda studier av CaV1.3 occup1 knockout-möss, inklusive de av Chiamvimonvat och kollegor rapporterade i denna utgåva av Cirkulationsforskning, erbjuder övertygande bevis som stöder en roll för L-typ Ca2+ – kanaler i aktion potentiell initiering i SA-noden.17,18 i båda studierna uppvisar möss som saknar genen l-typ CaV1.3 GHz 1 signifikant sa-noddysfunktion kännetecknad av sinus bradykardi. Andra utredare rapporterar också fullständig hörselnedsättning, i överensstämmelse med framträdande uttryck av CaV1.3 baccar1 i inre hårceller i cochlea.18,19

dessa resultat är tydligt paradoxala för klassiska beskrivningar av L-typ Ca2+ – kanaler som högspänningsaktiverad. Förklaringen är relativt enkel. CaV1. 3 occ1 l-typ Ca2 + kanaler är inte högspänningsaktiverade. Bevis som stöder denna slutsats presenteras i både Striessnig-och Chiamvimonvat-studierna genom att jämföra egenskaper hos inhemska strömmar i vildtyp och CaV1.3 occur1 knockout-möss.17,18 andra studier som karakteriserar de funktionella egenskaperna hos nyligen klonade CaV1. 3 oc 1 subenheter isolerade från neuroner och endokrina celler ger ytterligare stöd.18,20− 22

Striessnig och kollegor registrerade från inre hårceller i cochlea av CaV1.3 XXL 1−/-Möss och visade selektiv förlust av en lågtröskelaktiverande Ca2+ ström. Från detta drog de slutsatsen närvaron av en liknande ström i SA-nodceller för att förklara de observerade avvikelserna vid pacemaking i samma möss.18 Chiamvimonvat och kollegor testar nu denna hypotes direkt genom att spela in från SA-noden och från isolerade celler av vildtyp och CaV1.3 kub1-/− möss.17 som rapporterats i detta nummer av cirkulations forskning, är frånvaron av CaV1.3 CZ1 associerad med en reducerad hastighet av SA-nod bränning, diastolisk depolarisering hastighet saktar vid relativt hyperpolariserade spänningar (-40 och -45 mV), och förlusten av kalciumström i isolerade sa-nodceller som aktiveras vid relativt hyperpolariserade membranpotentialer.17 dessa nya studier erbjuder starkt stöd som CaV1.3 USB1 ablation, sa-noddysfunktion och förlusten av en lågtröskelaktiverande Ca2+-ström i SA-nodceller är intimt kopplade.

aktiverar alla L-typ Ca2+ – kanaler som innehåller CaV1.3 occur1-subenheten vid hyperpolariserade spänningar? Svaret är förmodligen ja, baserat på de senaste funktionella analyserna av rekombinanta CaV1.3 CZ1-kanaler.20-22 figuren jämför toppströmspänningsförhållanden för CaV1.3 21 L-typ kanaler till högspänningsaktiverad 122 1 L-typ och till Lågspänningsaktiverad 3,1 1 T-typ kanaler. Den stora skillnaden i spänningsberoende av aktivering mellan de två Ca2+-kanalerna av L-typ är lika slående som likheten i aktiveringströsklarna för CaV1.3 occup1 l-typ och CaV3.1 occup1 t-Typ kanaler.20,23 medan egenskaper hos kalciumkanaler påverkas av flera faktorer, inklusive association med specifika hjälpsubenheter,liknar de liknande egenskaperna hos CaV1.3 oc 1-subenheter klonade från olika vävnader,20-22 kombinerat med två genablationsstudier hos möss,17, 18 gynnar slutsatsen att lågspänningsberoende aktivering är en inneboende egenskap hos CaV1.3 occup1-innehållande L-typ Ca2+ kanaler. Klart finns signifikanta funktionella skillnader mellan L-typ Cav1a1-gener.

om CaV1. 3 occup1-innehållande L-kanaler aktiveras vid hyperpolariserade membranpotentialer är det ganska förvånande att denna funktion inte har lyfts fram i tidigare studier av klonade och heterologt uttryckta kanaler. Även om andra faktorer nästan säkert påverkar kanalegenskaper, har koncentrationen av extracellulär divalent katjon stora effekter på spänningsberoendet av aktivering som ett resultat av laddningsscreening och är en faktor som skiljer sig avsevärt mellan studier. Av okända skäl har det fram till nyligen varit problematiskt att uppnå höga uttrycksnivåer från CaV1.3 cori1-kloner. För att kompensera för låg strömtäthet har koncentrationer av extracellulärt kalcium och barium upp till 40 mmol/L använts.17,24 som föreslagits av Zhang et al, 17 Detta bidrar sannolikt till avvikelsen mellan egenskaper hos rekombinanta CaV1.3 accusp1-kanaler och aktiveringsområdet som förväntas från funktionella analyser av infödda strömmar i Sa-nodceller. Användningen av höga koncentrationer av extracellulära divalenta katjoner i tidigare studier av klonade kanaler dolde förmodligen det ovanligt hyperpolariserade aktiveringsområdet för Cav1.3 msk 1 l kanaler. Det är anmärkningsvärt att Cav1.3. 1. L-typ ström-spänningsförhållande förskjuts mot spänningar 20 MV mer depolariserad och in i intervallet för en högspänningsaktiverad l-typkanal när 40 mmol/L barium används.20

framtida studier kommer att behövas för att ta itu med den relativa betydelsen av CaV1.3 oc 1-innehållande L-typ Ca2+ kanaler i pacemaking i hjärtat. Även om CaV1.3 occur1 mRNA är närvarande i förmaksmyocyter,tyder 25 nya studier på att nivåerna är mycket låga i SA-noden, särskilt jämfört med CaV3.1 occur1 t-Typ mRNA.16 tillgängligheten av en selektiv hämmare av CaV1.3 occup1-innehållande L-kanaler skulle visa sig vara ett användbart verktyg för att bestämma det relativa bidraget från denna kanal till SA-nodfunktionen. Klassiska L-typ Ca2+ kanalblockerare är inte användbara i detta avseende. Nya studier av rekombinanta CaV1.3 CZ1 L-typ kanaler tyder på en relativt låg känslighet för block av dihydropyridiner jämfört med CaV1.2 CZ1 l-typ kanaler.20,21 det kommer att vara av intresse att fastställa om en unik skarvsisoform av CaV1.3 XXL 1 uttrycks i SA-noden. Det finns bevis för en viss nivå av förmaksspecifik skarvning av CaV1.3 occup1 RNA i S3-S4-länkaren för kanalens domän IV.25 skarvning på denna plats skiftar spänningsberoendet av aktivering med <10 mV och verkar inte påverka dihydropyridinbindning.20 slutligen, med tanke på betoningen på likheterna mellan CaV1.3 C1 L-typ och T-typ Ca2+ – kanaler när det gäller deras aktiveringströsklar, är det värt att notera funktioner som skiljer dessa kanaler. Medan T-typ Ca2 + – kanaler genomgår framträdande spänningsberoende inaktivering, visar CaV1.3 occur1 l-typ Ca2+-kanaler svag spänningsberoende, men stark kalciumberoende, inaktivering. Vidare avaktiverar CaV1.3 oc 1 L-typ Ca2+ kanaler snabbt jämfört med T-typ Ca2+ kanalundertyper som dominerar i hjärtat.

de åsikter som uttrycks i denna redaktion är inte nödvändigtvis redaktörerna eller American Heart Association.

fotnoter