Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен из Т-канальцев )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Т-канальцы ( поперечные канальцы ) представляют собой продолжения клеточной мембраны, которые проникают в центр клеток скелетных и сердечных мышц . Благодаря мембранам, которые содержат большие концентрации ионных каналов , переносчиков и насосов, Т-канальцы обеспечивают быструю передачу потенциала действия в клетку, а также играют важную роль в регулировании клеточной концентрации кальция. Благодаря этим механизмам Т-канальцы позволяют клеткам сердечной мышцы сокращаться более сильно, синхронизируя высвобождение кальция во всей клетке. [1] На структуру Т-канальцев может влиять болезнь, что может способствовать развитию сердечной недостаточности и аритмий.. Хотя эти структуры были впервые замечены в 1897 году, исследования биологии Т-канальцев продолжаются.

Структура [ править ]

Т-канальцы представляют собой канальцы, образованные из того же фосфолипидного бислоя, что и поверхностная мембрана или сарколемма клеток скелетных или сердечных мышц. [1] Они соединяются непосредственно с сарколеммой на одном конце, прежде чем продвинуться глубоко внутри клетки, образуя сеть канальцев, секции которых проходят как перпендикулярно (поперечно), так и параллельно (в осевом направлении) сарколемме. [1] Из-за такой сложной ориентации некоторые называют Т-канальцы поперечно-осевой трубчатой ​​системой. [2] Внутренняя часть или просвет Т-канальца открыта на поверхности клетки, что означает, что Т-канальец заполнен жидкостью, содержащей те же компоненты, что и раствор, окружающий клетку (внеклеточная жидкость). Мембрана, образующая Т-канальцы, не является просто пассивной соединительной трубкой, она очень активна, усеяна белками, включая кальциевые каналы L-типа , обменники натрия и кальция , кальциевые АТФазы и бета-адренорецепторы . [1]

Т-канальцы обнаруживаются как в клетках предсердной, так и в желудочковой сердечной мышце ( кардиомиоцитах ), в которых они развиваются в первые несколько недель жизни. [3] Они обнаруживаются в мышечных клетках желудочков у большинства видов и в мышечных клетках предсердий крупных млекопитающих. [4] В клетках сердечной мышцы Т-канальцы имеют диаметр от 20 до 450 нанометров и обычно расположены в областях, называемых Z-дисками, где актиновые филаменты закрепляются внутри клетки. [1] Т-канальцы в сердце тесно связаны с внутриклеточным хранилищем кальция, известным как саркоплазматический ретикулум.в определенных областях, называемых терминальными цистернами. Связь Т-канальца с терминальной цистерной известна как диада . [5]

В клетках скелетных мышц Т-канальцы имеют диаметр от 20 до 40 нм и обычно расположены по обе стороны от миозиновой полоски, на стыке перекрытия между полосами А и I. Т-канальцы в скелетных мышцах связаны с двумя терминальными цистернами, известными как триада . [1] [6]

Регуляторы [ править ]

Форма системы Т-канальцев создается и поддерживается множеством белков. Белок амфифизин-2 кодируется геном BIN1 и отвечает за формирование структуры Т-канальца и обеспечение того, чтобы соответствующие белки (в частности, кальциевые каналы L-типа) располагались внутри мембраны Т-канальца. [7] Юнктофилин-2 кодируется геном JPH2 и помогает формировать соединение между мембраной Т-канальца и саркоплазматическим ретикулумом, жизненно важным для взаимодействия возбуждения и сокращения . [5] Белок, кэпирующий титин, или телетонин, кодируется геном TCAP.и помогает в развитии Т-канальцев и потенциально отвечает за увеличение количества Т-канальцев, наблюдаемых по мере роста мышц. [5]

Функция [ править ]

Связь возбуждения-сжатия [ править ]

Т-канальцы являются важным звеном в цепи от электрического возбуждения клетки до ее последующего сокращения (сцепление возбуждения-сокращения). Когда необходимо сокращение мышцы, стимуляция нерва или соседней мышечной клетки вызывает характерный поток заряженных частиц через клеточную мембрану, известный как потенциал действия.. В состоянии покоя на внутренней стороне мембраны меньше положительно заряженных частиц по сравнению с внешней стороной, и мембрана описывается как поляризованная. Во время потенциала действия положительно заряженные частицы (преимущественно ионы натрия и кальция) проходят через мембрану снаружи внутрь. Это меняет нормальный дисбаланс заряженных частиц и называется деполяризацией. Одна область мембраны деполяризует соседние области, и результирующая волна деполяризации затем распространяется вдоль клеточной мембраны. [8] Поляризация мембраны восстанавливается, когда ионы калия проходят через мембрану изнутри наружу клетки.

В клетках сердечной мышцы, когда потенциал действия проходит по Т-канальцам, он активирует кальциевые каналы L-типа в мембране Т-канальцев. Активация кальциевого канала L-типа позволяет кальцию проникать в клетку. Т-канальцы содержат более высокую концентрацию кальциевых каналов L-типа, чем остальная часть сарколеммы, и поэтому большая часть кальция, поступающего в клетку, происходит через Т-канальцы. [9] Этот кальций связывается и активирует рецептор, известный как рецептор рианодина , расположенный в собственном внутреннем хранилище кальция клетки, саркоплазматическом ретикулуме. Активация рецептора рианодина вызывает высвобождение кальция из саркоплазматической сети, вызывая сокращение мышечной клетки. [10] В скелетных мышцахОднако в клетках кальциевый канал L-типа непосредственно прикреплен к рецептору рианодина на саркоплазматическом ретикулуме, что позволяет активировать рецептор рианодина напрямую без необходимости притока кальция. [11]

Важность Т-канальцев обусловлена ​​не только концентрацией в них кальциевых каналов L-типа, но и их способностью синхронизировать высвобождение кальция внутри клетки. Быстрое распространение потенциала действия по сети Т-канальцев активирует все кальциевые каналы L-типа почти одновременно. Поскольку Т-канальцы приближают сарколемму к саркоплазматическому ретикулуму во всех областях клетки, тогда кальций может высвобождаться из саркоплазматического ретикулума по всей клетке одновременно. Эта синхронизация высвобождения кальция позволяет мышечным клеткам сокращаться более сильно. [12] В клетках без Т-канальцев, таких как клетки гладких мышц., больные кардиомиоциты или мышечные клетки, в которых Т-канальцы были искусственно удалены, кальций, который попадает в сарколемму, должен постепенно диффундировать по клетке, активируя рецепторы рианодина гораздо медленнее, как волна кальция, ведущая к менее сильному сокращению. [12]

Поскольку Т-канальцы являются основным местом взаимодействия возбуждения и сокращения, ионные каналы и белки, участвующие в этом процессе, сосредоточены здесь - внутри мембраны Т-канальцев расположено в 3 раза больше кальциевых каналов L-типа по сравнению с остальными. сарколеммы. Кроме того, бета-адренорецепторы также сильно сконцентрированы в мембране Т-канальцев [13], и их стимуляция увеличивает высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума. [14]

Контроль кальция [ править ]

Поскольку пространство внутри просвета Т-канальца непрерывно с пространством, окружающим клетку (внеклеточное пространство), концентрации ионов между ними очень похожи. Однако из-за важности ионов в Т-канальцах (особенно кальция в сердечной мышце) очень важно, чтобы эти концентрации оставались относительно постоянными. Поскольку Т-канальцы очень тонкие, они по существу задерживают ионы. Это важно, поскольку, независимо от концентрации ионов в другом месте клетки, Т-канальцы все еще содержат достаточно ионов кальция, чтобы обеспечить сокращение мышц. Следовательно, даже если концентрация кальция вне клетки падает ( гипокальциемия ), концентрация кальция в Т-канальце остается относительно постоянной, позволяя сердечному сокращению продолжаться. [5]

Помимо того, что Т-канальцы являются местом входа кальция в клетку, они также являются местом удаления кальция. Это важно, поскольку это означает, что уровень кальция в клетке можно строго контролировать на небольшом участке (например, между Т-канальцем и саркоплазматическим ретикулумом, известный как местный контроль). [15] Белки, такие как натрий-кальциевый обменник и сарколеммальная АТФаза, расположены в основном в мембране Т-канальца. [5] Натрий-кальциевый обменник пассивно удаляет один ион кальция из клетки в обмен на три иона натрия. Таким образом, в качестве пассивного процесса он может позволить кальцию течь в клетку или из клетки в зависимости от комбинации относительных концентраций этих ионов и напряжения на клеточной мембране ( электрохимический градиент ).[8] Кальциевая АТФаза активно удаляет кальций из клетки, используя энергию, полученную из аденозинтрифосфата (АТФ). [8]

Детубуляция [ править ]

Чтобы изучить функцию Т-канальцев, Т-канальцы можно искусственно отделить от поверхностной мембраны с помощью техники, известной как детубуляция . Во внеклеточный раствор, окружающий клетки, можно добавлять химические вещества, такие как глицерин [16] или формамид [12] (для скелетных и сердечных мышц соответственно). Эти агенты увеличивают осмолярность внеклеточного раствора, вызывая сокращение клеток. Когда эти агенты удаляются, клетки быстро расширяются и возвращаются к своему нормальному размеру. Это сжатие и повторное расширение клетки заставляет Т-канальцы отделяться от поверхностной мембраны. [17] Альтернативно, осмолярность внеклеточного раствора может быть уменьшена, например, с использованием гипотонического физиологического раствора, вызывая временное набухание клеток. Возвращение внеклеточного раствора к нормальной осмолярности позволяет клеткам вернуться к своему прежнему размеру, что снова приводит к детубуляции. [18]

История [ править ]

Идея клеточной структуры, которая позже стала известна как Т-трубочка, была впервые предложена в 1881 году. Очень короткий промежуток времени между стимуляцией поперечно-полосатой мышечной клетки и ее последующим сокращением был слишком коротким, чтобы быть вызванным сигнальным химическим веществом, перемещающимся на расстояние. между сарколеммой и саркоплазматической сетью. Поэтому было высказано предположение, что мешочки мембраны, проникающие в клетку, могут объяснить очень быстрое начало сокращения, которое наблюдалось. [19] [20]  Только в 1897 году были замечены первые Т-канальцы с использованием световой микроскопии для изучения сердечной мышцы, в которую были введены туши . Технологии визуализации продвинуты, и с появлением просвечивающей электронной микроскопииструктура Т-канальцев стала более очевидной [21], что привело к описанию продольного компонента сети Т-канальцев в 1971 году. [22] В 1990-х и 2000-х годах конфокальная микроскопия позволила провести трехмерную реконструкцию сети Т-канальцев. количественная оценка размера и распределения Т-канальцев [23], а также важные взаимосвязи между Т-канальцами и высвобождением кальция начали выясняться с открытием кальциевых искр . [24] В то время как ранние исследования были сосредоточены на желудочковой сердечной мышце и скелетных мышцах, в 2009 году наблюдалась обширная сеть Т-канальцев в клетках предсердной сердечной мышцы. [25]Текущие исследования сосредоточены на регуляции структуры Т-канальцев и на том, как на Т-канальцы влияют сердечно-сосудистые заболевания и как они способствуют их развитию. [26]

Клиническое значение [ править ]

Структура Т-канальцев может быть изменена болезнью, которая в сердце может способствовать слабости сердечной мышцы или нарушениям сердечного ритма. Изменения, наблюдаемые при заболевании, варьируются от полной потери Т-канальцев до более тонких изменений их ориентации или паттернов ветвления. [27] Т-канальцы могут быть потеряны или разрушены после инфаркта миокарда , [27] , а также нарушается в желудочках пациентов с сердечной недостаточностью , способствует снижению силы сокращения и потенциально уменьшая шансы на выздоровление. [28] Сердечная недостаточность также может вызывать почти полную потерю Т-канальцев кардиомиоцитами предсердий, снижая сократимость предсердий и потенциально способствуямерцательная аритмия . [25]

Структурные изменения в Т-канальцах могут привести к тому, что кальциевые каналы L-типа отойдут от рецепторов рианодина. Это может увеличить время, необходимое для повышения уровня кальция в клетке, что приведет к более слабым сокращениям и аритмиям . [5] [25] Однако неупорядоченная структура Т-канальца не может быть постоянной, поскольку некоторые предполагают, что ремоделирование Т-канальца может быть обращено вспять с помощью интервальных тренировок . [5]

См. Также [ править ]

  • Сокращение мышц

Ссылки [ править ]

  1. ^ Б с д е е Хонг, Tingting; Шоу, Робин М. (01.01.2017). «Микроанатомия и функция сердечных Т-канальцев» . Физиологические обзоры . 97 (1): 227–252. DOI : 10.1152 / Physrev.00037.2015 . ISSN  0031-9333 . PMC  6151489 . PMID  27881552 .
  2. ^ Феррантини, Сесилия; Коппини, Раффаэле; Саккони, Леонардо; Този, Бенедетта; Чжан, Мэй Ло; Ван, Го Лян; Vries, Ewout de; Хоппенбрауэрс, Эрнст; Павоне, Франческо (2014-06-01). «Влияние детубуляции на силу и кинетику сокращения сердечной мышцы» . Журнал общей физиологии . 143 (6): 783–797. DOI : 10,1085 / jgp.201311125 . PMC 4035744 . PMID 24863933 .  
  3. ^ Пикша, Питер С .; Coetzee, William A .; Чо, Эмили; Портер, Лиза; Като, Хидеки; Берс, Дональд М .; Джафри, М. Салит; Артман, Майкл (1999-09-03). «Субклеточные [Ca2 +] i градиенты во время взаимодействия возбуждения-сокращения в желудочковых миоцитах новорожденных кроликов» . Циркуляционные исследования . 85 (5): 415–427. DOI : 10.1161 / 01.RES.85.5.415 . ISSN 0009-7330 . PMID 10473671 .  
  4. ^ Ричардс, Массачусетс; Кларк, JD; Saravanan, P .; Voigt, N .; Добрев, Д .; Эйснер, Д.А. Траффорд, AW; Дибб, К.М. (ноябрь 2011 г.). «Поперечные канальцы являются обычным явлением в миоцитах предсердий крупных млекопитающих, включая человека» . Американский журнал физиологии. Сердце и физиология кровообращения . 301 (5): H1996–2005. DOI : 10.1152 / ajpheart.00284.2011 . ISSN 1522-1539 . PMC 3213978 . PMID 21841013 .   
  5. ^ a b c d e f g Ибрагим, М .; Горелик, Дж .; Якуб, MH; Терраччано, CM (22 сентября 2011 г.). «Структура и функция сердечных t-канальцев при здоровье и болезни» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 278 (1719): 2714–2723. DOI : 10.1098 / rspb.2011.0624 . PMC 3145195 . PMID 21697171 .  
  6. ^ «4. Обратный захват кальция и расслабление» . www.bristol.ac.uk . Проверено 21 февраля 2017 .
  7. ^ Колдуэлл, Джессика Л .; Смит, Шарлотта ER; Тейлор, Ребекка Ф .; Китмитто, Ашраф; Эйснер, Дэвид А .; Дибб, Кэтрин М .; Траффорд, Эндрю В. (05.12.2014). «Зависимость поперечных канальцев сердца от BAR-домена белка амфифизина II (BIN-1)» . Циркуляционные исследования . 115 (12): 986–996. DOI : 10,1161 / CIRCRESAHA.116.303448 . ISSN 1524-4571 . PMC 4274343 . PMID 25332206 .   
  8. ^ а б в М., Берс, Д. (2001). Связь возбуждения-сокращения и сердечная сократительная сила (2-е изд.). Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. ISBN 9780792371588. OCLC  47659382 .
  9. ^ Scriven, DR; Dan, P .; Мур, Эд (ноябрь 2000 г.). «Распределение белков, участвующих в возбуждении-сокращении сопряжения в миоцитах желудочков крысы» . Биофизический журнал . 79 (5): 2682–2691. Bibcode : 2000BpJ .... 79.2682S . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (00) 76506-4 . ISSN 0006-3495 . PMC 1301148 . PMID 11053140 .   
  10. ^ Берс, Дональд М. (2002-01-10). «Связь возбуждения-сокращения сердца». Природа . 415 (6868): 198–205. Bibcode : 2002Natur.415..198B . DOI : 10.1038 / 415198a . ISSN 0028-0836 . PMID 11805843 . S2CID 4337201 .   
  11. ^ Реббек, Робин Т .; Карунасекара, Ямуна; Правление, Philip G .; Борода, Николь А .; Casarotto, Marco G .; Дулханти, Анджела Ф. (2014-03-01). «Сопряжение возбуждения-сокращения скелетных мышц: кто партнеры в танце?». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 48 : 28–38. DOI : 10.1016 / j.biocel.2013.12.001 . ISSN 1878-5875 . PMID 24374102 .  
  12. ^ a b c Феррантини, Сесилия; Коппини, Раффаэле; Саккони, Леонардо; Този, Бенедетта; Чжан, Мэй Ло; Ван, Го Лян; де Вриз, Эуут; Хоппенбрауэрс, Эрнст; Павоне, Франческо (2014-06-01). «Влияние детубуляции на силу и кинетику сокращения сердечной мышцы» . Журнал общей физиологии . 143 (6): 783–797. DOI : 10,1085 / jgp.201311125 . ISSN 1540-7748 . PMC 4035744 . PMID 24863933 .   
  13. ^ Лафламм, Массачусетс; Беккер, П.Л. (1999-11-01). «G (s) и аденилатциклаза в поперечных канальцах сердца: значение для цАМФ-зависимой передачи сигналов». Американский журнал физиологии . 277 (5, часть 2): H1841–1848. DOI : 10.1152 / ajpheart.1999.277.5.H1841 . ISSN 0002-9513 . PMID 10564138 .  
  14. Берс, Дональд М. (15 мая 2006 г.). «Фосфорилирование сердечных рианодиновых рецепторов: сайты-мишени и функциональные последствия» . Биохимический журнал . 396 (Pt 1): e1–3. DOI : 10.1042 / BJ20060377 . ISSN 0264-6021 . PMC 1450001 . PMID 16626281 .   
  15. ^ Hinch, R., Greenstein, JL, Tanskanen, AJ, Xu, L. и Winslow, RL (2004) «Упрощенная модель местного контроля индуцированного кальцием высвобождения кальция в миоцитах желудочков сердца», 87 (6).
  16. ^ Фрейзер, Джеймс А .; Скеппер, Джереми Н .; Hockaday, Austin R .; Хуан1, Кристофер Л.-Х. (1998-08-01). «Процесс трубчатой ​​вакуолизации в скелетных мышцах земноводных». Журнал исследований мышц и подвижности клеток . 19 (6): 613–629. DOI : 10,1023 / A: 1005325013355 . ISSN 0142-4319 . PMID 9742446 . S2CID 12312117 .   
  17. Перейти ↑ Kawai M, Hussain M, Orchard CH (1999). «Связь возбуждения-сокращения в миоцитах желудочков крыс после детубуляции, вызванной формамидом». Am J Physiol . 277 (2): H603-9. DOI : 10.1152 / ajpheart.1999.277.2.H603 . PMID 10444485 . 
  18. ^ Moench, I .; Meekhof, KE; Ченг, LF; Лопатин А.Н. (июль 2013 г.). «Разрешение гипосмотического стресса в изолированных миоцитах желудочков мышей вызывает герметизацию t-канальцев» . Экспериментальная физиология . 98 (7): 1164–1177. DOI : 10.1113 / expphysiol.2013.072470 . ISSN 1469-445X . PMC 3746342 . PMID 23585327 .   
  19. ^ Хаксли, AF (1971-06-15). «Активация поперечно-полосатой мышцы и ее механический ответ». Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 178 (1050): 1-27. DOI : 10,1098 / rspb.1971.0049 . ISSN 0950-1193 . PMID 4397265 . S2CID 30218942 .   
  20. Перейти ↑ Hill, AV (октябрь 1949 г.). «Резкий переход от покоя к активности мышц». Труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки . 136 (884): 399–420. Bibcode : 1949RSPSB.136..399H . DOI : 10,1098 / rspb.1949.0033 . ISSN 0950-1193 . PMID 18143369 . S2CID 11863605 .   
  21. ^ Линднер, Э. (1957). «[Субмикроскопическая морфология сердечной мышцы]». Zeitschrift für Zellforschung und Mikroskopische Anatomie . 45 (6): 702–746. ISSN 0340-0336 . PMID 13456982 .  
  22. ^ Sperelakis, N .; Рубио, Р. (август 1971 г.). «Упорядоченная решетка осевых канальцев, которые соединяют смежные поперечные канальцы в миокарде желудочков морских свинок». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 2 (3): 211–220. DOI : 10.1016 / 0022-2828 (71) 90054-X . ISSN 0022-2828 . PMID 5117216 .  
  23. ^ Савио-Галимберти, Элеонора; Фрэнк, Джой; Иноуэ, Масаси; Голдхабер, Джошуа I .; Каннелл, Марк Б .; Мост, Джон HB; Сакс, Франк Б. (август 2008 г.). «Новые особенности поперечной трубчатой ​​системы кролика, выявленные путем количественного анализа трехмерных реконструкций по конфокальным изображениям» . Биофизический журнал . 95 (4): 2053–2062. Bibcode : 2008BpJ .... 95.2053S . DOI : 10.1529 / biophysj.108.130617 . ISSN 1542-0086 . PMC 2483780 . PMID 18487298 .   
  24. ^ Cheng, H .; Lederer, WJ; Каннелл, МБ (1993-10-29). «Кальциевые искры: элементарные события, лежащие в основе связи возбуждения и сокращения в сердечной мышце». Наука . 262 (5134): 740–744. Bibcode : 1993Sci ... 262..740C . DOI : 10.1126 / science.8235594 . ISSN 0036-8075 . PMID 8235594 .  
  25. ^ a b c Дибб, Кэтрин М .; Кларк, Джессика Д .; Хорн, Марго А .; Richards, Mark A .; Грэм, Хелен К .; Эйснер, Дэвид А .; Траффорд, Эндрю В. (сентябрь 2009 г.). «Характеристика обширной поперечной канальцевой сети в миоцитах предсердий овец и их истощение при сердечной недостаточности» . Кровообращение: сердечная недостаточность . 2 (5): 482–489. DOI : 10,1161 / CIRCHEARTFAILURE.109.852228 . ISSN 1941-3297 . PMID 19808379 .  
  26. ^ Эйснер, Дэвид А .; Колдуэлл, Джессика Л .; Кистамаш, Корнел; Траффорд, Эндрю В. (07.07.2017). «Кальций и взаимодействие возбуждения-сокращения в сердце» . Циркуляционные исследования . 121 (2): 181–195. DOI : 10,1161 / CIRCRESAHA.117.310230 . ISSN 1524-4571 . PMC 5497788 . PMID 28684623 .   
  27. ^ a b Пинали, Кристиан; Малик, Надим; Давенпорт, Дж. Бернар; Аллан, Лоуренс Дж .; Мерфитт, Люси; Iqbal, Mohammad M .; Boyett, Mark R .; Райт, Элизабет Дж .; Уокер, Рэйчел (2017-05-04). «Постинфарктные Т-канальцы образуют расширенные разветвленные структуры с нарушением регуляции юнктофилина-2 и мостикового интегратора 1 (BIN-1)» . Журнал Американской кардиологической ассоциации . 6 (5). DOI : 10,1161 / JAHA.116.004834 . ISSN 2047-9980 . PMC 5524063 . PMID 28473402 .   
  28. ^ Зайдель, Томас; Наванкасаттусы, Сутип; Ахмад, Азми; Diakos, Nikolaos A .; Сюй, Вейнинг Давид; Тристани-Фирузи, Мартин; Бониос, Майкл Дж .; Талеб, Иосиф; Ли, Дин Ю. (2017-04-25). «Пластинчатое ремоделирование поперечной трубчатой ​​системы при сердечной недостаточности человека нарушает связь возбуждения и сокращения и функциональное восстановление за счет механической разгрузки» . Тираж . 135 (17): 1632–1645. DOI : 10.1161 / CIRCULATIONAHA.116.024470 . ISSN 1524-4539 . PMC 5404964 . PMID 28073805 .