Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Напряжение-управляемые кальциевые каналы ( VGCC ), также известные как потенциал-зависимые кальциевые каналы ( VDCC ), представляют собой группу потенциал-управляемых ионных каналов, обнаруженных в мембране возбудимых клеток ( например , мышц , глиальных клеток , нейронов и т. с проницаемостью для иона кальция Ca 2+ . [1] [2] Эти каналы слабо проницаемы для ионов натрия , поэтому их еще называют Ca 2+ -Na +.каналов, но их проницаемость для кальция примерно в 1000 раз больше, чем для натрия при нормальных физиологических условиях. [3]

При физиологическом мембранном потенциале или потенциале покоя VGCC обычно закрыты. Они активируются ( т . Е. Открываются ) при деполяризованных мембранных потенциалах, и это является источником эпитета «потенциал-зависимый» . Концентрация кальция ( ионов Ca 2+ ) вне клетки обычно в несколько тысяч раз выше, чем внутри. Активация определенных VGCCs позволяет Ca 2+ приток в клетку, которая, в зависимости от типа клеток, приводит к активации кальциевых-чувствительных калиевых каналов , сокращения мышц , [4] возбуждение нейронов, повышающей регуляцииэкспрессия генов или высвобождение гормонов или нейротрансмиттеров .

VGCCs были immunolocalized в клубочковом нормальном и гиперпластических человека надпочечника , а также в альдостероне -продуцирующих аденом (АП), а в последнем VGCCs Т-типа коррелированного с уровнем альдостерона в плазме пациентов. [5] Чрезмерная активация VGCC является основным компонентом эксайтотоксичности , так как сильно повышенные уровни внутриклеточного кальция активируют ферменты, которые при достаточно высоких уровнях могут разрушать важные клеточные структуры.

Структура [ править ]

Управляемые напряжением кальциевые каналы образуются как комплекс из нескольких различных субъединиц: α 1 , α 2, δ, β 1-4 и γ. Субъединица α 1 образует ионопроводящую пору, в то время как связанные субъединицы выполняют несколько функций, включая модуляцию стробирования. [6]

Подразделения каналов [ править ]

Существует несколько различных типов кальциевых каналов, управляемых высоким напряжением (HVGCC). Они структурно гомологичны среди различных типов; все они похожи, но структурно не идентичны. В лаборатории их можно отличить друг от друга, изучая их физиологические роли и / или подавление специфическими токсинами . Высоковольтные-кальциевые каналы включают в себя нейронную канал N-типа заблокирована & omega конотоксина GVIA, Р-типе канал (R обозначает R esistant с другими блокаторами и токсинами, за исключением SNX-482 ) , участвующая в плохо определенных процессах в мозга , тесно связанный с каналом P / Q-типа заблокирован ю- agatoxinsи дигидропиридин-чувствительные каналы L-типа, ответственные за взаимодействие возбуждения-сокращения скелетных , гладких и сердечных мышц и за секрецию гормонов в эндокринных клетках.

Ссылку на таблицу можно найти у Dunlap, Luebke and Turner (1995). [7]

Субъединица α 1 [ править ]

Пора субъединицы α 1 (молекулярная масса ~ 190 кДа) является первичной субъединицей, необходимой для функционирования канала в HVGCC, и состоит из характерных четырех гомологичных доменов I – IV, содержащих по шесть трансмембранных α-спиралей каждый. Субъединица α 1 образует поры, селективные для Ca 2+ , которые содержат механизмы измерения напряжения и сайты связывания лекарств / токсинов. Всего у человека было идентифицировано десять субъединиц α 1 : [1] α 1субъединица содержит 4 гомологичных домена (обозначенных I – IV), каждый из которых содержит 6 трансмембранных спиралей (S1 – S6). Это устройство аналогично гомотетрамеру, образованному однодоменными субъединицами потенциалзависимых калиевых каналов (каждый из которых также содержит 6 TM спиралей). Архитектура с 4 доменами (и несколько ключевых регуляторных сайтов, таких как EF hand и IQ домен на C-конце) также разделяется потенциалозависимыми натриевыми каналами, которые, как считается, эволюционно связаны с VGCC. [8] Трансмембранные спирали из 4 доменов выстраиваются в линию, образуя собственно канал; Считается, что спирали S5 и S6 выстилают внутреннюю поверхность пор, в то время как спирали S1-4 играют роль в стробировании и измерении напряжения (в частности, S4). [9]VGCCs подвержены быстрой инактивации, которая, как считается, состоит из двух компонентов: потенциал-зависимый (VGI) и управляемый кальцием (CGI). [10] Их отличает использование Ba 2+ или Ca 2+ в качестве носителя заряда во внешнем записывающем растворе ( in vitro ). Компонент CGI приписывается связыванию Ca 2+ -связывающего сигнального белка кальмодулина (CaM) по крайней мере с 1 сайтом на канале, поскольку мутанты Ca 2+ -нуля CaM отменяют CGI в каналах L-типа. Не все каналы обладают одинаковыми регуляторными свойствами, и конкретные детали этих механизмов все еще в значительной степени неизвестны.

α 2 δ Субъединица [ править ]

Ген α 2 δ образует две субъединицы: α 2 и δ (которые являются продуктом одного и того же гена). Они связаны друг с другом дисульфидной связью и имеют общую молекулярную массу 170 кДа. Α 2 - внеклеточная гликозилированная субъединица, которая больше всего взаимодействует с субъединицей α 1 . Субъединица δ имеет единственную трансмембранную область с короткой внутриклеточной частью, которая служит для закрепления белка в плазматической мембране. Есть 4 α 2 δ гена:

  • CACNA2D1 ( CACNA2D1 ),
  • CACNA2D2 ( CACNA2D2 ),
  • ( CACNA2D3 ),
  • ( CACNA2D4 ).

Совместная экспрессия α 2 δ увеличивает уровень экспрессии субъединицы α 1 и вызывает увеличение амплитуды тока, более быструю кинетику активации и инактивации и гиперполяризационный сдвиг в зависимости инактивации от напряжения. Некоторые из этих эффектов наблюдаются в отсутствие субъединицы бета, тогда как в других случаях требуется совместная экспрессия бета.

Субъединицы α 2 δ-1 и α 2 δ-2 являются сайтом связывания для габапентиноидов . Этот класс препаратов включает два противосудорожных препарата, габапентин (нейронтин) и прегабалин (Lyrica), которые также находят применение при лечении хронической невропатической боли. Субъединица α 2 δ также является сайтом связывания центрального депрессанта и анксиолитического фенибута в дополнение к действию на другие мишени. [11]

β-субъединица [ править ]

Внутриклеточная β-субъединица (55 кДа) представляет собой внутриклеточный MAGUK-подобный белок (мембраносвязанная гуанилаткиназа), содержащий домен гуанилаткиназы (GK) и домен SH3 (src homology 3). Домен гуанилаткиназы субъединицы β связывается с петлей цитоплазмы α 1 субъединицы I-II и регулирует активность HVGCC. Существует четыре известных гена субъединицы β:

  • CACNB1 ( CACNB1 ),
  • CACNB2 ( CACNB2 ),
  • CACNB3 ( CACNB3 ),
  • CACNB4 ( CACNB4 ).

Предполагается , что цитозольного β - субъединица играет важную роль в стабилизации окончательного α 1 субъединицу конформацию и доставки его к клеточной мембране его способностью маскировать эндоплазматический ретикулум сигнал удержания в α 1 субъединицы. Тормоз эндоплазматического удерживания содержится в петле I – II в субъединице α 1, которая маскируется, когда субъединица β связывается. [12] Таким образом, субъединица β функционирует изначально, чтобы регулировать плотность тока, контролируя количество субъединицы α 1, экспрессируемой на клеточной мембране.

В дополнение к этой транспортной роли субъединица β имеет дополнительные важные функции по регулированию кинетики активации и инактивации и гиперполяризации зависимости от напряжения для активации поры субъединицы α 1 , так что больше тока проходит для меньшей деполяризации . Субъединица β оказывает влияние на кинетику сердечного α 1 C в ооцитах Xenopus laevis, коэкспрессируемых вместе с субъединицами β. Субъединица β действует как важный модулятор электрофизиологических свойств канала.

До недавнего времени взаимодействие между высококонсервативной областью из 18 аминокислот внутриклеточного линкера субъединицы α1 между доменами I и II (домен альфа-взаимодействия, AID) и областью в домене GK субъединицы β (связывание домена альфа-взаимодействия Pocket), как полагали, несет полную ответственность за регуляторные эффекты β-субъединицы. Недавно было обнаружено , что домен SH3 из бета - субъединицы , также придает дополнительную регуляторные эффекты на функцию канала, открывая возможность в бета - субъединицы , имеющей множество регулирующих взаимодействия с α 1 субъединицы поры. Более того, последовательность AID, по-видимому, не содержит сигнал удерживания в эндоплазматическом ретикулуме, и он может быть расположен в других областях линкера I – II α 1 субъединицы.

Субъединица γ [ править ]

Субъединица γ1, как известно, связана с комплексами VGCC скелетных мышц, но доказательства относительно других подтипов кальциевых каналов неубедительны. Гликопротеин субъединицы γ1 (33 кДа) состоит из четырех трансмембранных спиралей. Субъединица γ1 не влияет на трафик и, по большей части, не требуется для регуляции комплекса каналов. Однако γ 2 , γ 3 , γ 4 и γ 8 также связаны с рецепторами глутамата AMPA.

Всего существует 8 генов гамма-субъединиц:

  • γ1 ( CACNG1 ),
  • γ2 ( CACNG2 ),
  • γ3 ( CACNG3 ),
  • γ4 ( CACNG4 ),
  • ( CACNG5 ),
  • ( CACNG6 ),
  • ( CACNG7 ) и
  • ( CACNG8 ).

Физиология мышц [ править ]

Когда гладкомышечная клетка деполяризуется, это вызывает открытие потенциалозависимых кальциевых каналов (L-типа). [13] [14] Деполяризация может быть вызвана растяжением клетки, агонистом связывания ее рецептора, сопряженного с G-белком ( GPCR ), или стимуляцией вегетативной нервной системы . Открытие кальциевого канала L-типа вызывает приток внеклеточного Ca 2+ , который затем связывает кальмодулин . Активированная молекула кальмодулина активирует киназу легкой цепи миозина (КЛЦМ), которая фосфорилирует миозин в толстых филаментах . Фосфорилированный миозин способен образовывать кросс-мостики сактиновые тонкие филаменты , а гладкие мышечные волокна (т. е. клетки) сокращаются посредством механизма скользящих нитей . (См. Ссылку [13] для иллюстрации сигнального каскада с участием кальциевых каналов L-типа в гладких мышцах).

Кальциевые каналы L-типа также обогащены в т-трубочках из поперечно - полосатых мышечных клеток, то есть, скелетных и сердечных мышечных волокон . Когда эти клетки деполяризованы, кальциевые каналы L-типа открываются, как в гладких мышцах. В скелетных мышцах фактическое открытие канала, который механически связан с каналом высвобождения кальция (он же рианодиновый рецептор , или RYR) в саркоплазматическом ретикулуме (SR), вызывает открытие RYR. В сердечной мышце открытие кальциевого канала L-типа обеспечивает приток кальция в клетку. Кальций связывается с каналами высвобождения кальция (RYR) в SR, открывая их; это явление называется "кальциево-индуцированное высвобождение кальция », или CICR. Однако RYR открываются либо посредством механического стробирования, либо CICR, Ca 2+ высвобождается из SR и способен связываться с тропонином C на актиновых филаментах. Затем мышцы сокращаются через механизм скользящей нити, вызывающий укорачивание саркомеров и сокращение мышц.

Изменения в выражении лица во время разработки [ править ]

На ранних стадиях развития наблюдается высокая экспрессия кальциевых каналов Т-типа . Во время созревания нервной системы выражение токов N или L-типа становится более заметным. [15] В результате зрелые нейроны экспрессируют больше кальциевых каналов, которые активируются только тогда, когда клетка значительно деполяризована . Различные уровни экспрессии низковольтных активированных (LVA) и высоковольтных (HVA) каналов также могут играть важную роль в дифференцировке нейронов . В развивающихся спинномозговых нейронах Xenopus кальциевые каналы LVA несут спонтанный переходный процесс кальция, который может быть необходим нейрону для адаптацииГАМКергический фенотип, а также рост процесса . [16]

Клиническое значение [ править ]

Антитела к кальциевым каналам, управляемым напряжением, связаны с миастеническим синдромом Ламберта-Итона, а также вовлечены в паранеопластическую дегенерацию мозжечка . [17]

Кальциевые каналы, управляемые напряжением, также связаны со злокачественной гипертермией [18] и синдромом Тимоти . [19]

Мутации гена CACNA1C с однонуклеотидным полиморфизмом в третьем интроне гена Cav1.2 [20] связаны с вариантом синдрома удлиненного интервала QT, называемым синдромом Тимоти [21], а также с синдромом Бругада . [22] Крупномасштабный генетический анализ показал возможность того, что CACNA1C связан с биполярным расстройством [23], а затем и с шизофренией . [24] [25] [26]Кроме того, аллель риска CACNA1C был связан с нарушением связи между мозгом у пациентов с биполярным расстройством, хотя и не так или только в незначительной степени, у их здоровых родственников или здоровых людей из контрольной группы. [27]

См. Также [ править ]

  • Рецепторы глутамата
  • Инозитолтрифосфатный рецептор
  • Ионные каналы
  • Рецепторы NMDA

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Catterall WA , Perez-Reyes E, Snutch TP, Striessnig J (декабрь 2005 г.). "Международный союз фармакологии. XLVIII. Номенклатура и взаимосвязь структура-функция потенциалзависимых кальциевых каналов". Фармакологические обзоры . 57 (4): 411–25. DOI : 10,1124 / pr.57.4.5 . PMID  16382099 .
  2. ^ Yamakage M, Namiki A (февраль 2002). «Кальциевые каналы - основные аспекты их структуры, функции и кодирования генов; анестезирующее действие на каналы - обзор» . Канадский журнал анестезии . 49 (2): 151–64. DOI : 10.1007 / BF03020488 . PMID 11823393 . 
  3. ^ Холл JE (2011). Учебник медицинской физиологии Гайтона и Холла со студенческим доступом онлайн (PDF) (12-е изд.). Филадельфия: Эльзевьер Сондерс. п. 64. ISBN  978-1-4160-4574-8. Архивировано из оригинального (PDF) 16 мая 2011 года . Проверено 22 марта 2011 .
  4. ^ Wilson DP, Susnjar M, E, Поцелуй Sutherland C, Уолша MP (август 2005 г.). «Тромбоксан А2-индуцированное сокращение гладких мышц каудальной артерии крысы включает активацию входа Ca2 + и сенсибилизацию Ca2 +: Rho-ассоциированное киназо-опосредованное фосфорилирование MYPT1 по Thr-855, но не Thr-697» . Биохимический журнал . 389 (Pt 3): 763–74. DOI : 10.1042 / BJ20050237 . PMC 1180727 . PMID 15823093 .  
  5. ^ Felizola SJ, Маекава Т, Накамура Y, Сато F, Ono Y, Кикучи К, Aritomi С, Икэда К, Yoshimura М, Тохо К, Sasano Н (октябрь 2014). «Управляемые напряжением кальциевые каналы в надпочечниках человека и первичный альдостеронизм». Журнал стероидной биохимии и молекулярной биологии . 144 Pt B (часть B): 410–6. DOI : 10.1016 / j.jsbmb.2014.08.012 . PMID 25151951 . 
  6. Dolphin AC (январь 2006 г.). «Краткая история потенциалзависимых кальциевых каналов» . Британский журнал фармакологии . 147 Дополнение 1 (Дополнение 1): S56-62. DOI : 10.1038 / sj.bjp.0706442 . PMC 1760727 . PMID 16402121 .  
  7. ^ Данлоп K, Luebke JI, Turner TJ (февраль 1995). «Экзоцитотические каналы Ca2 + в центральных нейронах млекопитающих». Тенденции в неврологии . 18 (2): 89–98. DOI : 10.1016 / 0166-2236 (95) 93882-X . PMID 7537420 . 
  8. ^ Zakon HH (июнь 2012). «Адаптивная эволюция потенциалозависимых натриевых каналов: первые 800 миллионов лет» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 Дополнение 1: 10619–25. DOI : 10.1073 / pnas.1201884109 . PMC 3386883 . PMID 22723361 .   
  9. ^ Tombola F, Pathak М.М., Isacoff EY (1 ноября 2006). «Как напряжение открывает ионный канал?». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 22 (1): 23–52. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.21.020404.145837 . PMID 16704338 . 
  10. ^ CENS Т, Руссэ М, Leyris ДП, Fesquet Р, Р Charnet (январь-апрель 2006 г.). «Напряжение- и кальций-зависимая инактивация в высоковольтных каналах Ca (2+)». Прогресс в биофизике и молекулярной биологии . 90 (1–3): 104–17. DOI : 10.1016 / j.pbiomolbio.2005.05.013 . PMID 16038964 . 
  11. ^ Звейниеце л, Vavers Е, Svalbe В, Г Вейнберг, Rizhanova К, Liepins В, Kalvinsh я, Dambrova М (октябрь 2015). «R-фенибут связывается с α2-δ субъединицей потенциал-зависимых кальциевых каналов и оказывает габапентин-подобные антиноцицептивные эффекты». Фармакология, биохимия и поведение . 137 : 23–9. DOI : 10.1016 / j.pbb.2015.07.014 . PMID 26234470 . 
  12. ^ Bichet D, Корнет В, Гейб S, Карлье Е, Volsen S, Хоши Т, У Мори, Де Ваард М (январь 2000). «Петля I-II альфа-1-субъединицы Са2 + -канала содержит сигнал удерживания в эндоплазматическом ретикулуме, которому противодействует бета-субъединица». Нейрон . 25 (1): 177–90. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 80881-8 . PMID 10707982 . 
  13. ^ a b Webb RC (декабрь 2003 г.). «Плавное сокращение и расслабление мышц» . Достижения в физиологическом образовании . 27 (1–4): 201–6. DOI : 10.1152 / advan.00025.2003 . PMID 14627618 . 
  14. Перейти ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Наука о гирляндах. п. 1616. ISBN 0-8153-3218-1.
  15. ^ Sanes DH, Reh TA (2012). Развитие нервной системы (Третье изд.). Elsevier Academic Press. С. 211–214. ISBN 9780080923208. OCLC  762720374 .
  16. Розенберг СС, Спитцер Северная Каролина (октябрь 2011 г.). «Передача сигналов кальция в развитии нейронов» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (10): а004259. DOI : 10.1101 / cshperspect.a004259 . PMC 3179332 . PMID 21730044 .  
  17. ^ Bekircan-Курта CE, Derle Чифтчи E, Kurne AT, Anlar B (март 2015). «Неврологические заболевания, связанные с антителами, связанные с напряжением управляемых кальциевых каналов» . Всемирный журнал клинических случаев . 3 (3): 293–300. DOI : 10,12998 / wjcc.v3.i3.293 . PMC 4360501 . PMID 25789302 .  
  18. ^ Моннье Н, Procaccio В, Р Штиглиц, Lunardi J (июнь 1997 г.). «Восприимчивость к злокачественной гипертермии связана с мутацией альфа-1-субъединицы человеческого дигидропиридин-чувствительного L-типа потенциалзависимого рецептора кальциевых каналов в скелетных мышцах» . Американский журнал генетики человека . 60 (6): 1316–25. DOI : 10.1086 / 515454 . PMC 1716149 . PMID 9199552 .  
  19. ^ Сплавски I, Тимоти К., Шарп Л., Декер Н., Кумар П., Блуаз Р., Наполитано С., Шварц П., Джозеф Р., Кондурис К., Тагер-Флусберг Х , Приори S, Сангинетти М., Китинг М. (2004). «Дисфункция кальциевых каналов Ca (V) 1.2 вызывает мультисистемное расстройство, включая аритмию и аутизм». Cell . 119 (1): 19–31. DOI : 10.1016 / j.cell.2004.09.011 . PMID 15454078 . 
  20. ^ Imbrici P, Camerino DC, Tricarico D (2013-05-07). «Основные каналы, вовлеченные в нервно-психические расстройства и терапевтические перспективы» . Границы генетики . 4 : 76. DOI : 10,3389 / fgene.2013.00076 . PMC 3646240 . PMID 23675382 .  
  21. ^ Пагон Р.А., Птица ТК, Долан CR, Стивенс К, Splawski я, Тимоти КВт, априорная С.Г., Наполитано С, Bloise R (1993). «Синдром Тимоти». PMID 20301577 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  22. ^ Хедли ЛП, Йоргенсен Р, Schlamowitz S, Moolman-Smook Дж, Кантер Ю.К., Corfield В.А., Кристиэнсны М (сентябрь 2009). «Генетическая основа синдрома Бругада: обновление мутации» . Мутация человека . 30 (9): 1256–66. DOI : 10.1002 / humu.21066 . PMID 19606473 . 
  23. ^ Феррейра М.А., О'Донован М.С., Мэн Я.А., Джонс И.Р., Рудерфер Д.М., Джонс Л. и др. (Сентябрь 2008 г.). «Общий анализ ассоциаций генома подтверждает роль ANK3 и CACNA1C в биполярном расстройстве» . Генетика природы . 40 (9): 1056–8. DOI : 10.1038 / ng.209 . PMC 2703780 . PMID 18711365 . Краткое резюме - Форум по исследованию шизофрении .  
  24. Green EK, Grozeva D, Jones I, Jones L, Kirov G, Caesar S, Gordon-Smith K, Fraser C, Forty L, Russell E, Hamshere ML, Moskvina V, Nikolov I, Farmer A, McGuffin P, Holmans PA , Оуэн М.Дж., О'Донован М.С., Крэддок Н. (октябрь 2010 г.). «Аллель риска биполярного расстройства на CACNA1C также создает риск рецидива большой депрессии и шизофрении» . Молекулярная психиатрия . 15 (10): 1016–22. DOI : 10.1038 / mp.2009.49 . PMC 3011210 . PMID 19621016 .  
  25. Curtis D, Vine AE, McQuillin A, Bass NJ, Pereira A, Kandaswamy R, Lawrence J, Anjorin A, Choudhury K, Datta SR, Puri V, Krasucki R, Pimm J, Thirumalai S, Quested D, Gurling HM (февраль 2011). «Анализ ассоциации по всему геному случая показывает, что маркеры по-разному связаны с шизофренией и биполярным расстройством, и затрагивает гены кальциевых каналов» . Психиатрическая генетика . 21 (1): 1–4. DOI : 10.1097 / YPG.0b013e3283413382 . PMC 3024533 . PMID 21057379 .  
  26. ^ Рабочая группа по шизофрении Консорциума психиатрической геномики (2014-07-24). «Биологические выводы из 108 генетических локусов, связанных с шизофренией» . Природа . 511 (7510): 421–427. DOI : 10,1038 / природа13595 . ISSN 1476-4687 . PMC 4112379 . PMID 25056061 .   
  27. ^ Radua Дж, Сургуладзе С. А., Маршалл Н, Уолш М, Bramon Е, Коллир Д.А., Прата ДП, Мюррей Р. Макдональд С (май 2013 г. ). «Влияние аллельной вариации CACNA1C на эффективную связь во время эмоциональной обработки при биполярном расстройстве» . Молекулярная психиатрия . 18 (5): 526–7. DOI : 10.1038 / mp.2012.61 . PMID 22614292 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • «Ионные каналы, управляемые напряжением» . База данных рецепторов и ионных каналов IUPHAR . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии.
  • Calcium + каналы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)