HCN -канал

Активированные гиперполяризацией циклические нуклеотидные (HCN) каналы представляют собой интегральные мембранные белки , которые служат неселективными управляемыми напряжением катионными каналами в плазматических мембранах сердца , и клеток мозга . ^{[ 1 ]} Каналы HCN иногда называют каналами кардиостимулятора, потому что они помогают генерировать ритмическую активность в группах сердца и клеток мозга. Каналы HCN активируются мембранной гиперполяризацией, проницаемы к NA ⁺ и k ⁺и конститутивно открыты при напряжениях возле мембранного потенциала покоя. ^{[ 2 ]} Каналы HCN кодируются четырьмя генами ( HCN1 , 2 , 3 , 4 ) и широко экспрессируются по всему сердцу и центральной нервной системе . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Текущий I через каналы HCN, обозначенные I _F или , _H играет ключевую роль в контроле сердечной и нейрональной ритмичности и называется кардиостимулятором или «забавным» током. Экспрессия отдельных изоформ в гетерологичных системах , таких как эмбриональные клетки почек ( HEK китайского хомяка ( CHO ), клетки Xenopus ) и ооциты дают гомотетрамерные каналы, способные генерировать ионные токи со свойствами, сходными с нативными I _F / I _H , ток,, но с количественными различиями в зависимости от напряжения, кинетики активации/деактивации и чувствительности к Нуклеотидный циклический AMP (CAMP): HCN1 имеют более положительный порог для активации, более быструю кинетику активации и более низкую чувствительность к -каналы ЦАМ - HCN2 и HCN3 обладают промежуточными свойствами. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Структура

Гиперполяризация -Активированные и циклические нуклеотидные (HCN) каналы принадлежат к суперсемейству, управляемого напряжением K ⁺ (КВ) и циклические нуклеотидные каналы. Считается, что каналы HCN состоят из четырех либо идентичных, либо неидентичных субъединиц, которые встроены в клеточную мембрану для создания ионнопроводящей пор. ^{[ 8 ]} Каждая субъединица состоит из шести мембранных доменов (S1–6), которые включают предполагаемый датчик напряжения (S4) и область пор между S5 и S6, несущая триплет GYG ⁺-Подмертные каналы и циклический нуклеотидсвязывающий домен (CNBD) в С-конце. Изоформы HCN высоко консервативны в своих основных трансмембранных областях и циклическом нуклеотидном домене (80–90% идентичны), но расходятся в их амино- и карбокси-концевых цитоплазматических областях. ^{[ 6 ]}

Каналы HCN регулируются как внутриклеточными, так и внеклеточными молекулами ^{[ нужно разъяснения ]}, но самое главное, циклическими нуклеотидами (CAMP, CGMP, CCMP). ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} Связывание циклических нуклеотидов снижает пороговый потенциал каналов HCN, активируя их. Лагерь является первичным агонистом HCN2, в то время как CGMP и CCMP также могут быть связаны с ним. Все три, однако, являются мощными агонистами. ^{[ 12 ]}

Сердечная функция

HCN4 является основной изоформой, экспрессируемой в синоатриальном узле , но также сообщалось о низких уровнях HCN1 и HCN2. Текущий через каналы HCN, называемые The Pacemaker Current ( I _F ), играет ключевую роль в генерации и модуляции сердечной ритмичности , ^{[ 13 ]} поскольку они ответственны за спонтанную деполяризацию в потенциалах действий кардиостимулятора в сердце. Изоформы HCN4 регулируются CCMP и CAMP, и эти молекулы являются агонистами в I _f . ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}

Функционировать в нервной системе

Все четыре субъединицы HCN экспрессируются в мозге. ^{[ 4 ]} В дополнение к предлагаемой роли в ритмичной или колебательной активности, каналы HCN могут контролировать способ, которым нейроны реагируют на синаптический вход. Первоначальные исследования показывают роли каналов HCN в кислом вкусе, скоординированном двигательном поведении и аспектах обучения и памяти. Клинически, есть доказательства того, что каналы HCN играют роль в эпилепсии и невропатической боли . Было показано, что каналы HCN важны для зависимых от активности механизмов для обонятельного сенсорного роста нейронов. ^{[ 16 ]}

Каналы HCN1 и 2 были обнаружены в ганглиях дорсального корня , базальных ганглиев и дендритов нейронов в гиппокампе . Было обнаружено, что человеческие корковые нейроны имеют особенно большое количество экспрессии канала HCN1 во всех слоях. ^{[ 17 ]} Торговица канала HCN вдоль дендритов в гиппокампе крыс показал, что каналы HCN быстро выводят на поверхность в ответ на нервную активность. ^{[ 18 ]} Каналы HCN также наблюдались в ретротрапезоидном ядре (RTN), центре респираторного контроля, который реагирует на химические сигналы, такие как CO ₂ . ^{[ Цитация необходима ]} Когда HCN ингибируется, серотонин не стимулирует хеморецепторы в RTN. Это иллюстрирует связь между каналами HCN и дыхательной регуляцией . ^{[ 19 ]} Из-за сложной природы регуляции канала HCN, а также сложных взаимодействий между множественными ионными каналами, каналы HCN точно настроены для реагирования на определенные пороговые значения и агонисты. Считается, что эта сложность влияет на нейронную пластичность . ^{[ 18 ]}

История

Канал HCN был впервые идентифицирован в 1976 году в сердце NOMA и Irisawa и охарактеризован Брауном, Дифинеско и Вайссом ^{[ 20 ]}

Смотрите также

Циклический ионный канал, управляемый нуклеотидом

Ссылки

^ Лути А., Маккормик да. 1998. Нейрон. H-ток: свойства нейронального и сетевого кардиостимулятора. Тол. 21. стр. 9-12.
^ Benarroch Ee. Каналы HCN: функция и клинические последствия. Неврология. 2013 г. 15 января; 80 (3): 304-10. doi: 10.1212/wnl.0b013e31827dec42. PMID 23319474.
^ Kaupp UB, Seifert R. Молекулярное разнообразие ионных каналов кардиостимулятора (2001) Annu Rev Physiol. 63: 235-57. Обзор.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Notomi, t; Shigemoto, R (2004). «Иммуногистохимическая локализация субъединиц IH-каналов, HCN1-4, в мозге крысы» . J Comp Neurol . 471 (3): 241–276. doi : 10.1002/cne.11039 . PMID 14991560 . S2CID 12236560 .
^ Wahl-Schott, C; Biel, M (февраль 2009 г.). «Каналы HCN: структура, клеточная регуляция и физиологическая функция» . Cell Mol Life Sci . 66 (3): 470–94. doi : 10.1007/s00018-008-8525-0 . PMC 11131499 . PMID 18953682 . S2CID 12774911 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Baruscotti, M.; Bucchi, A.; Difranceco, D. (2005). «Физиология и фармакология кардиостимулятора (« смешной ») текущий». Фармакология и терапия . 107 (1): 59–79. doi : 10.1016/j.pharmthera.2005.01.005 . PMID 15963351 .
^ Санторо, б; Тиббс, Гр (1999). «Семейство генов HCN: молекулярная основа каналов кардиостимулятора, активируемых гиперполяризацией». Ann NY Acad Sci . 868 (1): 741–64. Bibcode : 1999nyasa.868..741s . doi : 10.1111/j.1749-6632.1999.tb11353.x . PMID 10414361 . S2CID 38066720 .
^ «Швейцарская запись» . Архивировано из оригинала 2011-07-27 . Получено 2008-04-15 .
^ Он, Чао; Чен, клык; Ли, Бо; Ху, Чжьян (2014). «Нейрофизиология каналов HCN: от клеточных функций до множества правил». Прогресс в нейробиологии . 112 : 1–23. doi : 10.1016/j.pneurobio.2013.10.001 . PMID 24184323 . S2CID 37519503 .
^ Мишра, Пунам; Нараянан, Ришикеш (2015-01-01). «Состояния с высокой проводимостью и K+ каналы A-типа являются потенциальными регуляторами баланса-проводимости, вызванного каналами HCN». Журнал нейрофизиологии . 113 (1): 23–43. doi : 10.1152/jn.00601.2013 . ISSN 0022-3077 . PMID 25231614 .
^ Неймотин, SA; McDougal, RA; Буланова, как; Zeki, M.; Лакатос, П.; Терман, Д.; Хайнс, ML; Lytton, WW (2016). «Регуляция кальциевых каналов HCN поддерживает постоянную активность в многомасштабной модели неокортекс» . Нейробиология . 316 : 344–366. doi : 10.1016/j.neuroscience.2015.12.043 . PMC 4724569 . PMID 26746357 .
^ Деберг, Ханна А.; Брзович, Питер С.; Флинн, Гален Э.; Заготта, Уильям Н.; Stoll, Stefan (2016-01-01). «Структура и энергетика аллостерической регуляции ионных каналов HCN2 циклическими нуклеотидами» . Журнал биологической химии . 291 (1): 371–381. doi : 10.1074/jbc.m115.696450 . ISSN 0021-9258 . PMC 4697172 . PMID 26559974 .
^ Ларссон, HP (2010). «Как частота сердечных сокращений регулируется в синоатриальном узле? Еще одна часть загадки» . Журнал общей физиологии . 136 (3): 237–241. doi : 10.1085/jgp.201010506 . PMC 2931147 . PMID 20713549 .
^ Зонг, Сянганг; Краузе, Стефани; Чен, Чэн-Чанг; Krüger, Jens; Грунер, христианин; Cao-ehlker, Xiaochun; Фенске, Стефани; Wahl-Schott, христианин; Biel, Martin (2012-08-03). «Регуляция активности канала циклических нуклеотидов, активированной гиперполяризацией с помощью CCMP» . Журнал биологической химии . 287 (32): 26506–26512. doi : 10.1074/jbc.m112.357129 . ISSN 0021-9258 . PMC 3410992 . PMID 22715094 .
^ Грин, Дерек; Кан, Сейунгву; Косенко, Анастасия; Хоши, Наото (2012-07-06). «Адренергическая регуляция канала HCN4 требует ассоциации белка с β2-адренергическим рецептором» . Журнал биологической химии . 287 (28): 23690–23697. doi : 10.1074/jbc.m112.366955 . ISSN 0021-9258 . PMC 3390643 . PMID 22613709 .
^ Мобли, как; Миллер, Ам; Аранеда, RC; Maurer, LR; Мюллер, F; Грир, Калифорния (8 декабря 2010 г.). «Активированные гиперполяризацией циклические нуклеотидные каналы в обонятельных сенсорных нейронах регулируют разгибание аксонов и образование клубочков» . Журнал нейробиологии . 30 (49): 16498–508. doi : 10.1523/jneurosci.4225-10.2010 . PMC 3393111 . PMID 21147989 .
^ Калмбах, Брайан Э.; Бучин, Анатолия; Лонг, Брайан; Близко, Дженни; Нанди, Анирбан; Миллер, Джереми А.; Bakken, Trygve E.; Ходж, Ребекка Д.; Чонг, Питер (2018-12-05). «H-каналы способствуют различным внутренним мембранным свойствам супрагранулярных пирамидных нейронов в коре головного мозга человека и мыши» . Нейрон . 100 (5): 1194–1208.e5. doi : 10.1016/j.neuron.2018.10.012 . ISSN 1097-4199 . PMC 6447369 . PMID 30392798 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Ноам, йоав; Чжа, Цинкин; Фан, Лиз; Wu, rui-lin; Четкович, Дейн М.; Wadman, Wytse J.; Барам, Талли З. (2010-05-07). «Торговица и поверхностная экспрессия гиперполяризационных циклических каналов, управляемых нуклеотидом в нейронах гиппокампа» . Журнал биологической химии . 285 (19): 14724–14736. doi : 10.1074/jbc.m109.070391 . ISSN 0021-9258 . PMC 2863223 . PMID 20215108 .
^ Хокинс, Вирджиния Э.; Хаурилук, Джоанна М.; Такакура, Ана С.; Tzingounis, Anastasios v.; Морейра, Тиаго С.; Малки, Даниэль К. (2015-02-15). «Каналы HCN способствуют серотонинергической модуляции хемочувствительных нейронов вентральной поверхности и дыхательной активности» . Журнал нейрофизиологии . 113 (4): 1195–1205. doi : 10.1152/jn.00487.2014 . ISSN 0022-3077 . PMC 4329434 . PMID 25429115 .
^ Кэс, Дайсуке; Имото, Кейджи (2012-08-13). «Роль каналов HCN в мембранной возбудимости в нервной системе» . Журнал сигнальной трансдукции . 2012 : 619747. DOI : 10.1155/2012/619747 . PMC 3425855 . PMID 22934165 .

Внешние ссылки

«Циклические нуклеотидные регулируемые каналы» . База данных IUPHAR рецепторов и ионных каналов . Международный союз базовой и клинической фармакологии. Архивировано из оригинала 2012-09-02 . Получено 2008-12-16 .

[1] Лути А., Маккормик да. 1998. Нейрон. H-ток: свойства нейронального и сетевого кардиостимулятора. Тол. 21. стр. 9-12.

[2] Benarroch Ee. Каналы HCN: функция и клинические последствия. Неврология. 2013 г. 15 января; 80 (3): 304-10. doi: 10.1212/wnl.0b013e31827dec42. PMID 23319474.

[3] Kaupp UB, Seifert R. Молекулярное разнообразие ионных каналов кардиостимулятора (2001) Annu Rev Physiol. 63: 235-57. Обзор.

[Notomi2004-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Notomi, t; Shigemoto, R (2004). «Иммуногистохимическая локализация субъединиц IH-каналов, HCN1-4, в мозге крысы» . J Comp Neurol . 471 (3): 241–276. doi : 10.1002/cne.11039 . PMID 14991560 . S2CID 12236560 .

[5] Wahl-Schott, C; Biel, M (февраль 2009 г.). «Каналы HCN: структура, клеточная регуляция и физиологическая функция» . Cell Mol Life Sci . 66 (3): 470–94. doi : 10.1007/s00018-008-8525-0 . PMC 11131499 . PMID 18953682 . S2CID 12774911 .

[Baruscotti,_M._2005-6] Jump up to: ^а ^{беременный} Baruscotti, M.; Bucchi, A.; Difranceco, D. (2005). «Физиология и фармакология кардиостимулятора (« смешной ») текущий». Фармакология и терапия . 107 (1): 59–79. doi : 10.1016/j.pharmthera.2005.01.005 . PMID 15963351 .

[7] Санторо, б; Тиббс, Гр (1999). «Семейство генов HCN: молекулярная основа каналов кардиостимулятора, активируемых гиперполяризацией». Ann NY Acad Sci . 868 (1): 741–64. Bibcode : 1999nyasa.868..741s . doi : 10.1111/j.1749-6632.1999.tb11353.x . PMID 10414361 . S2CID 38066720 .

[8] «Швейцарская запись» . Архивировано из оригинала 2011-07-27 . Получено 2008-04-15 .

[9] Он, Чао; Чен, клык; Ли, Бо; Ху, Чжьян (2014). «Нейрофизиология каналов HCN: от клеточных функций до множества правил». Прогресс в нейробиологии . 112 : 1–23. doi : 10.1016/j.pneurobio.2013.10.001 . PMID 24184323 . S2CID 37519503 .

[10] Мишра, Пунам; Нараянан, Ришикеш (2015-01-01). «Состояния с высокой проводимостью и K+ каналы A-типа являются потенциальными регуляторами баланса-проводимости, вызванного каналами HCN». Журнал нейрофизиологии . 113 (1): 23–43. doi : 10.1152/jn.00601.2013 . ISSN 0022-3077 . PMID 25231614 .

[11] Неймотин, SA; McDougal, RA; Буланова, как; Zeki, M.; Лакатос, П.; Терман, Д.; Хайнс, ML; Lytton, WW (2016). «Регуляция кальциевых каналов HCN поддерживает постоянную активность в многомасштабной модели неокортекс» . Нейробиология . 316 : 344–366. doi : 10.1016/j.neuroscience.2015.12.043 . PMC 4724569 . PMID 26746357 .

[:1-12] Деберг, Ханна А.; Брзович, Питер С.; Флинн, Гален Э.; Заготта, Уильям Н.; Stoll, Stefan (2016-01-01). «Структура и энергетика аллостерической регуляции ионных каналов HCN2 циклическими нуклеотидами» . Журнал биологической химии . 291 (1): 371–381. doi : 10.1074/jbc.m115.696450 . ISSN 0021-9258 . PMC 4697172 . PMID 26559974 .

[13] Ларссон, HP (2010). «Как частота сердечных сокращений регулируется в синоатриальном узле? Еще одна часть загадки» . Журнал общей физиологии . 136 (3): 237–241. doi : 10.1085/jgp.201010506 . PMC 2931147 . PMID 20713549 .

[14] Зонг, Сянганг; Краузе, Стефани; Чен, Чэн-Чанг; Krüger, Jens; Грунер, христианин; Cao-ehlker, Xiaochun; Фенске, Стефани; Wahl-Schott, христианин; Biel, Martin (2012-08-03). «Регуляция активности канала циклических нуклеотидов, активированной гиперполяризацией с помощью CCMP» . Журнал биологической химии . 287 (32): 26506–26512. doi : 10.1074/jbc.m112.357129 . ISSN 0021-9258 . PMC 3410992 . PMID 22715094 .

[15] Грин, Дерек; Кан, Сейунгву; Косенко, Анастасия; Хоши, Наото (2012-07-06). «Адренергическая регуляция канала HCN4 требует ассоциации белка с β2-адренергическим рецептором» . Журнал биологической химии . 287 (28): 23690–23697. doi : 10.1074/jbc.m112.366955 . ISSN 0021-9258 . PMC 3390643 . PMID 22613709 .

[16] Мобли, как; Миллер, Ам; Аранеда, RC; Maurer, LR; Мюллер, F; Грир, Калифорния (8 декабря 2010 г.). «Активированные гиперполяризацией циклические нуклеотидные каналы в обонятельных сенсорных нейронах регулируют разгибание аксонов и образование клубочков» . Журнал нейробиологии . 30 (49): 16498–508. doi : 10.1523/jneurosci.4225-10.2010 . PMC 3393111 . PMID 21147989 .

[17] Калмбах, Брайан Э.; Бучин, Анатолия; Лонг, Брайан; Близко, Дженни; Нанди, Анирбан; Миллер, Джереми А.; Bakken, Trygve E.; Ходж, Ребекка Д.; Чонг, Питер (2018-12-05). «H-каналы способствуют различным внутренним мембранным свойствам супрагранулярных пирамидных нейронов в коре головного мозга человека и мыши» . Нейрон . 100 (5): 1194–1208.e5. doi : 10.1016/j.neuron.2018.10.012 . ISSN 1097-4199 . PMC 6447369 . PMID 30392798 .

[:0-18] Jump up to: ^а ^{беременный} Ноам, йоав; Чжа, Цинкин; Фан, Лиз; Wu, rui-lin; Четкович, Дейн М.; Wadman, Wytse J.; Барам, Талли З. (2010-05-07). «Торговица и поверхностная экспрессия гиперполяризационных циклических каналов, управляемых нуклеотидом в нейронах гиппокампа» . Журнал биологической химии . 285 (19): 14724–14736. doi : 10.1074/jbc.m109.070391 . ISSN 0021-9258 . PMC 2863223 . PMID 20215108 .

[:2-19] Хокинс, Вирджиния Э.; Хаурилук, Джоанна М.; Такакура, Ана С.; Tzingounis, Anastasios v.; Морейра, Тиаго С.; Малки, Даниэль К. (2015-02-15). «Каналы HCN способствуют серотонинергической модуляции хемочувствительных нейронов вентральной поверхности и дыхательной активности» . Журнал нейрофизиологии . 113 (4): 1195–1205. doi : 10.1152/jn.00487.2014 . ISSN 0022-3077 . PMC 4329434 . PMID 25429115 .

[20] Кэс, Дайсуке; Имото, Кейджи (2012-08-13). «Роль каналов HCN в мембранной возбудимости в нервной системе» . Журнал сигнальной трансдукции . 2012 : 619747. DOI : 10.1155/2012/619747 . PMC 3425855 . PMID 22934165 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]