Кальциевые каналы P-типа
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( январь 2016 г. ) |
Кальциевый канал P-типа представляет собой тип потенциал-зависимого кальциевого канала . Подобно многим другим высоковольт-управляемым кальциевым каналам, субъединица α1 определяет большинство свойств канала. [1] Буква «P» означает клетки Пуркинье мозжечка , указывая на первоначальное место открытия канала. [2] [3] Кальциевые каналы P-типа играют аналогичную роль с кальциевыми каналами N-типа в высвобождении нейромедиаторов на пресинаптических терминалях и в интеграции нейронов во многих типах нейронов.
История
[ редактировать ]Эксперименты с кальциевыми каналами, которые привели к открытию кальциевых каналов P-типа, были первоначально завершены Ллинасом и Сугимори в 1980 году. [2] Кальциевые каналы P-типа были названы в 1989 году, потому что они были обнаружены в нейронах Пуркинье млекопитающих . [3] Им удалось использовать препарат in vitro для изучения ионных токов, которые отвечают за электрофизиологические свойства клеток Пуркинье . Они обнаружили, что существуют кальций-зависимые потенциалы действия , которые медленно повышаются и быстро падают, а затем подвергаются гиперполяризации . Потенциалы действия зависели от напряжения, а постгиперполяризационные потенциалы были связаны со вспышками спайков, расположенными внутри дендритов клеток Пуркинье. Без притока кальция в клетки Пуркинье потенциалы действия возникают спорадически и с высокой частотой. [2]
Основные функции и структура
[ редактировать ]кальциевый канал, потенциал-зависимый, тип P/Q, субъединица альфа 1А | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | CACNA1A | ||
Альт. символы | Cav2.1 , CACNL1A4, SCA6, MHP1, MHP | ||
ЮФАР | 532 | ||
ген NCBI | 773 | ||
HGNC | 1388 | ||
МОЙ БОГ | 601011 | ||
RefSeq | НМ_000068 | ||
ЮниПрот | О00555 | ||
Другие данные | |||
Локус | Хр. 19 стр.13 | ||
|
Кальциевые каналы P-типа представляют собой потенциал-зависимые кальциевые каналы , которые относятся к классу каналов, активируемых высоким напряжением, наряду с каналами L-, N-, Q- и R-типа. этих каналов требуется сильная деполяризация Для активации . Они обнаруживаются в окончаниях аксонов, а также в соматодендритных областях нейронов центральной и периферической нервной системы. [1] Кальциевые каналы P-типа также имеют решающее значение для высвобождения везикул , особенно нейротрансмиттеров и гормонов. [4] в синаптических окончаниях возбуждающих и тормозных синапсов. [1]
Потенциал-управляемые кальциевые каналы P-типа состоят из основной порообразующей субъединицы α1 (которая более конкретно называется CaV2.1 ), [5] субъединица α2δ и субъединица β. Субъединицы γ могут быть обнаружены в кальциевых каналах скелетных мышц. [6] Субъединица α1 кодируется специфически CACNA1A. геном [1] и состоит из четырех доменов, каждый из которых содержит шесть трансмембранных (S1-S6), охватывающих α-спирали. Считается, что петля S1-S2 и область S6 отвечают за инактивацию канала, область S4 служит датчиком напряжения, а петля S5-S6 образует пору. [4] В субъединице α1 имеется семь субъединиц. Субъединица A, называемая α1ACa2+, соответствует тому, что функционально определяется как изоформы P-типа и Q-типа. Кальциевые каналы P-типа и Q-типа тесно связаны, поскольку они образуются из одного и того же гена посредством альтернативного сплайсинга. В результате альтернативного сплайсинга каналы P-типа и Q-типа могут иметь разный состав субъединиц. [6] Субъединица β регулирует кинетику и экспрессию канала вместе с субъединицей α2δ. [1]
Распространение каналов
[ редактировать ]
Большинство кальциевых каналов Р-типа расположены в нервной системе и сердце. Маркировка антителами является основным методом определения местоположения канала. [7]
Области высокой экспрессии в системах млекопитающих включают:
- клеток Пуркинье Дендриты [8]
- Гладкая эндоплазматическая сеть
- Клеточная мембрана
- Перигломерулярные клетки луковицы обонятельной
- Кора мозжечка
- Нейроны ствола мозга , энторинальной и грушевидной коры , а также хабенулы . [7]
Блокировщики каналов
[ редактировать ]Блокаторы кальциевых каналов P-типа препятствуют потоку кальция. Блокировка токов кальция может привести к нарушению функционирования и жизнеспособности организма. Эти эффекты могут привести к различным заболеваниям, которые более подробно описаны в разделе ниже.
Поры кальциевых каналов Р- типа чувствительны к соединениям, которые можно разделить на три группы:
Существует только два пептидных токсина , которые избирательно блокируют каналы Р-типа: ω- агатоксин IVA и ω-агатоксин IVB. Другие упомянутые блокаторы, такие как низкомолекулярные и терапевтические блокаторы, неселективны. Это означает, что они могут действовать как на каналах P-типа, так и на других каналах. [1]
Селективный пептидный токсин ω-агатоксин
[ редактировать ]
Двумя известными блокаторами, специфичными для кальциевых каналов Р-типа, являются пептиды, полученные из яда пауков Agelenopsis aperta . Токсины этого яда , которые проявляют селективность к каналам P-типа, представляют собой ω-агатоксин IVA и ω-агатоксин IVB. Каждый из этих пептидных токсинов состоит из 48 аминокислот , связанных четырьмя дисульфидными связями . Хотя ω-агатоксин IVA и ω-агатоксин IVB обладают одинаковым сродством и селективностью к каналам P-типа, их кинетика различна. ω-агатоксин IVA влияет на механизм открытия канала P-типа. Когда происходит сильная деполяризация , активирующая канал, ω-агатоксин IVA больше не может блокировать канал. Следовательно, ω-агатоксин IVA имеет очень низкое сродство к каналу, когда он открыт. Он связывается с субъединицей α 1A на внешней стороне поры. ω-агатоксина IVA Рецептор на канале P-типа расположен в линкере S3-S4. С другой стороны, блокировка каналов ω-агатоксином IVB происходит гораздо медленнее. Однако, подобно ω-агатоксину IVA, ω-агатоксин IVB не может связываться с каналом при сильной деполяризации. [1]
Неселективные пептидные токсины
[ редактировать ]- ω-граммотоксин SIA представляет собой пептидный токсин, полученный из яда паука Grammostola spatulata . канала P-типа Он действует для изменения стробирования .
- ω-PnTx3-3, PnTx3-3 и фонтоксин IIA представляют собой токсины паука Phonoetrica nigriventer , которые блокируют ток через кальциевые каналы P-типа.
- DW13.3 представляет собой пептидный токсин паука Filistata hibernalis , состоящий из 74 аминокислот. Он также блокирует ток через кальциевые каналы P-типа.
- ω- конотоксины получают из яда конусных улиток . ω-конотоксин MVIIC действует внутри гиппокампа, CA1 пирамидных нейронов блокируя каналы P-типа. Кроме того, в нейронах CA3 гиппокампа этот токсин блокирует синаптическую передачу . Эффект от него медленный.
- Кальциклудин получают из яда Dendroaspis angusticeps , зеленой мамбы . Он имеет возможность блокировать каналы P-типа в зависимости от напряжения.
- Куротоксин получают из яда скорпиона Парабутуса . В нейронах таламуса клетках куртоксин снижает высокие пороговые кальциевые токи, однако в Пуркинье он увеличивает кальциевые токи. [1]
Низкомолекулярные блокаторы каналов Р-типа
[ редактировать ]Блокаторы каналов с низкой молекулярной массой имеют преимущества перед пептидными блокаторами при разработке лекарств. Одним из преимуществ блокаторов каналов с низкой молекулярной массой является то, что они могут проникать в ткани , что важно для преодоления гематоэнцефалического барьера . Специфического низкомолекулярного блокатора каналов P-типа не существует. Однако существует ряд таких соединений-блокаторов, которые могут влиять на активность каналов Р-типа. [1] К ним относятся:
- Росковитин является ингибитором циклинзависимой киназы . Он увеличивает ток кальция в неостриатальных интернейронах за счет замедления дезактивации канала. Кроме того, росковитин может действовать как агонист или антагонист кальциевых каналов P-типа в пресинаптической мембране.
- Изопреналин является агонистом β-адренорецепторов и вызывает увеличение тока кальциевых каналов Р-типа. Изопреналин действует через сигнальный путь цАМФ .
- Элипродил и антазолин являются антагонистами рецепторов NMDA и блокируют каналы P-типа. Элипродил может уменьшать токи каналов Р-типа в нейронах Пуркинье мозжечка .
- Додециламин может блокировать каналы Р-типа только тогда, когда они находятся в открытом состоянии.
- Этанол может блокировать каналы P-типа при достаточно высокой концентрации. Блокировка каналов Р-типа может быть причиной атаксии при употреблении алкоголя . [1]
Терапия
[ редактировать ]Клинически используются терапевтические средства, которые могут влиять на активность кальциевых каналов Р-типа. Однако основной целью этих терапевтических средств не считаются каналы P-типа. Например, антагонисты кальция , которые используются для лечения ишемической болезни сердца , гипертонии и сердечной аритмии , действуют путем ингибирования кальциевых каналов L-типа или Т-типа . Некоторые из этих антагонистов кальция включают верапамил , дилтиазем , амлодипин , бенидипин , цилнидипин , никардипин и барнидипин . Хотя их основной целью не являются каналы P-типа, эти антагонисты кальция также блокируют функцию каналов P-типа. Кроме того, флунаризин — еще один антагонист кальция, который используется для лечения мигрени . Его основными мишенями являются потенциалзависимые кальциевые и натриевые каналы . Флунаризин ингибирует каналы Р-типа, расположенные в срезах неокортекса . Он подавляет входящий поток кальция. Мигрень, которую он помогает предотвратить, возникает из-за мутаций в гене «cacna1a» субъединицы канала P-типа. Кроме того, показано, что соединения, блокирующие каналы P-типа, помогают при судороги . Эпилептические припадки вызваны усилением нейротрансмиссии , что частично является результатом работы каналов P-типа. Известно, что такие соединения, как леветирацетам , ламотриджин и карбамазепин, блокируют каналы P-типа, что помогает уменьшить частоту судорог. В целом существуют различные неселективные блокаторы кальциевых каналов, которые помогают облегчить симптомы гипертонии , шизофрении , сердечной аритмии , эпилепсии , боли , астмы , брадикардии , стенокардии и болезни Альцгеймера . Хотя основной мишенью многих терапевтических соединений являются не каналы P-типа, дальнейшие исследования должны определить, влияет ли блокировка каналов P-типа на клинические эффекты этих соединений. [1]
Сопутствующие заболевания
[ редактировать ]
Существует ряд неврологических заболеваний , которые связаны с неисправностью или мутацией каналов типа P/Q. [6]
болезнь Альцгеймера
[ редактировать ]При болезни Альцгеймера происходит прогрессирующее накопление белка β-амилоида (Aβ) в головном мозге. Развиваются амилоидные бляшки, которые приводят к основным симптомам болезни Альцгеймера. Белок-глобуломер Aβ представляет собой искусственное вещество, используемое в исследовательских экспериментах, которое имеет свойства, аналогичные свойствам олигомера Aβ, присутствующего в организме. Олигомер Aβ напрямую регулирует кальциевые каналы типа P/Q. Субъединица α1A отвечает за проводимость кальциевого тока. Когда с белком-глобуломером Aβ присутствуют только кальциевые каналы типа P/Q, происходит прямое воздействие на субъединицу α1A, что приводит к увеличению тока кальция через кальциевый канал типа P/Q. Реакция зависит от дозы, поскольку концентрации 20 нМ и 200 нМ глобуломера Aβ необходимы для значительного увеличения тока кальция через каналы в ооцитах Xenopus , что показывает, что для того, чтобы эффекты стали заметны, необходимо определенное накопление глобуломера Aβ. Когда ток кальция увеличивается, высвобождение нейромедиаторов также увеличивается, что может быть причиной токсичности у пациентов с болезнью Альцгеймера. [9]
Мигрень
[ редактировать ]Ген CACNA1A кодирует альфа-субъединицу кальциевого канала типа P/Q. [10] Мутация R192Q гена CACNA1A представляет собой мутацию усиления функции рецепторов P2X3. [5] [10] Рецепторы P2X3 присутствуют в нейронах тройничного ганглия. [5] и считаются основной причиной семейной гемиплегической мигрени . [11] С помощью эксперимента по нокину эту мутацию можно было бы экспрессировать на мышах, что позволило бы провести исследования. [5] [10] Мутантная мышь имеет значительно более высокую активность рецептора P2X3, чем мышь дикого типа. [5] из-за увеличения вероятности открытия канала и активации канала при более низких напряжениях. [10] Эта повышенная активность рецепторов приводит к увеличению потока кальция через кальциевые каналы типа P/Q. Повышенная внутриклеточная концентрация кальция может способствовать возникновению острой боли в тройничном нерве, которая обычно приводит к головной боли. [5] Имеющиеся данные подтверждают, что мигрень представляет собой расстройство возбудимости головного мозга, характеризующееся недостаточной регуляцией коркового возбуждающе-тормозного баланса. [10]
Судороги
[ редактировать ]Леветирацетам — противоэпилептический препарат , который можно использовать для лечения парциальных и генерализованных припадков . , опосредованное P/Q-каналами, Леветирацетам ингибирует высвобождение глутамата и уменьшает возбуждающие постсинаптические токи как AMPA , так и NMDA-рецепторов в гиппокампе , особенно в зубчатой извилине , которая, как известно, способствует распространению судорожной активности. Ингибирование высвобождения глутамата приводит к противоэпилептической реакции у пациентов, поскольку уменьшает возбуждающий постсинаптический ток. Существует много различных типов кальциевых каналов, поэтому, чтобы доказать, что кальциевые каналы типа P/Q непосредственно задействованы, ингибитор потенциалзависимых кальциевых каналов типа P/Q, омега-агатоксин ТК для блокирования канала использовался . При блокировке пациенты больше не получали противоэпилептического эффекта от препаратов. При использовании блокаторов L- и кальциевых каналов N-типа эффекты леветирацетама все еще наблюдались. Это убедительное доказательство того, что кальциевые каналы типа P/Q участвуют в лечении леветирацетамом, что позволяет облегчить судороги. [12]
Исследования мутаций
[ редактировать ]Многие мутации кальциевых каналов P-типа приводят к снижению уровня внутриклеточного свободного кальция. Поддержание гомеостаза кальция необходимо для нормального функционирования нейронов. Изменение концентрации ионов кальция в клетках служит триггером множества заболеваний, в тяжелых случаях эти заболевания могут привести к массовой гибели нейронов. [6]
Исследования мутаций позволяют экспериментаторам изучать генетически наследуемые каналопатии . Каналопатия — это любое заболевание, возникающее в результате нарушения работы ионных каналов или регуляторных белков. [6] Один из примеров каналопатии кальциевых каналов P-типа показан у гомозиготных атаксических мышей, которые рецессивны как по шатающимся , так и по худым генам. У этих мышей наблюдаются мутации в субъединице альфа1А каналов типа P/Q. Мутации в этих каналах приводят к дефициту клеток Пуркинье мозжечка, что резко снижает плотность тока каналов. [6]
Пошатнувшиеся мутации у мышей возникают в результате миссенс-мутации и вызывают отсроченное начало судорог и атаксии. мутация Пошатнувшаяся заменяет одиночный пролин вместо лейцина в P-области канала. P-область отвечает за образование поры ионного канала . мутация более обедненная , которая приводит к более серьезным симптомам, чем неустойчивая Было показано, что мутация, является результатом замены одного нуклеотида каналов , которая вызывает сбои сплайсинга в открытой рамке считывания . [6] Мутации в порообразующей субъединице кальциевых каналов P-типа вызывают атаксию, серьезное нарушение дыхания, уменьшение минутной вентиляции и возникновение симптомов, связанных с ателектазом . мутации Ca V Также было показано, что 2.1 влияют на передачу в пре-Бетцингерском комплексе , скоплении интернейронов в стволе мозга, которые помогают регулировать дыхание. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Ниммрих В., Гросс Г. (октябрь 2012 г.). «Модуляторы кальциевых каналов P/Q-типа» . Бр. Дж. Фармакол . 167 (4): 741–59. дои : 10.1111/j.1476-5381.2012.02069.x . ПМЦ 3575775 . ПМИД 22670568 .
- ^ Jump up to: а б с Ллинас Р., Сугимори М. (август 1980 г.). «Электрофизиологические свойства сомат клеток Пуркинье in vitro в срезах мозжечка млекопитающих» . Дж. Физиол . 305 : 171–95. дои : 10.1113/jphysicalol.1980.sp013357 . ПМЦ 1282966 . ПМИД 7441552 .
- ^ Jump up to: а б Ллинас Р., Сугимори М., Лин Дж.В., Черкси Б. (март 1989 г.). «Блокирование и изоляция кальциевых каналов нейронов млекопитающих и головоногих моллюсков с использованием фракции токсина (FTX) из яда воронкообразного паука» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 86 (5): 1689–93. Бибкод : 1989PNAS...86.1689L . дои : 10.1073/pnas.86.5.1689 . ПМК 286766 . ПМИД 2537980 .
- ^ Jump up to: а б Карри КП (2010). «Модуляция G-белком потенциалзависимых кальциевых каналов CaV2» . Каналы (Остин) . 4 (6): 497–509. дои : 10.4161/chan.4.6.12871 . ПМЦ 3052249 . ПМИД 21150298 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Наир А., Симонетти М., Бирса Н., Феррари М.Д., ван ден Маагденберг А.М., Гиниатуллин Р., Нистри А., Фаббретти Е (август 2010 г.). «Семейная гемиплегическая мигрень, мутация канала Ca(v)2.1 R192Q усиливает АТФ-зависимую активность рецептора P2X3 нейронов сенсорных ганглиев мышей, опосредующих боль тройничного нерва» . Мол Пейн . 6 : 1744-8069–6–48. дои : 10.1186/1744-8069-6-48 . ПМЦ 2940876 . ПМИД 20735819 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Вакамори М., Ямадзаки К., Мацунодайра Х., Терамото Т., Танака И., Ниидоме Т., Савада К., Нисидзава Ю., Секигути Н., Мори Э., Мори Ю., Имото К. (декабрь 1998 г.). «Единичные неустойчивые мутации, ответственные за нейропатический фенотип кальциевого канала Р-типа» . Ж. Биол. Хим . 273 (52): 34857–67. дои : 10.1074/jbc.273.52.34857 . ПМИД 9857013 .
- ^ Jump up to: а б Хиллман Д., Чен С., Аунг Т.Т., Черкси Б., Сугимори М., Ллинас Р.Р. (август 1991 г.). «Локализация кальциевых каналов Р-типа в центральной нервной системе» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 88 (16): 7076–80. Бибкод : 1991PNAS...88.7076H . дои : 10.1073/pnas.88.16.7076 . ПМК 52236 . ПМИД 1651493 .
- ^ Овсепян С.В., Фрил Д.Д. (январь 2008 г.). «Более скудная мутация кальциевого канала P/Q-типа делает нейроны Пуркинье мозжечка гипервозбудимыми и устраняет всплески Ca2+-Na+». Евро. Дж. Нейроски . 27 (1): 93–103. дои : 10.1111/j.1460-9568.2007.05998.x . ПМИД 18093175 . S2CID 43182491 .
- ^ Мезлер М., Баргхорн С., Шумейкер Х., Гросс Г., Ниммрих В. (март 2012 г.). «β-амилоидный олигомер непосредственно модулирует кальциевые токи P/Q-типа в ооцитах Xenopus» . Бр. Дж. Фармакол . 165 (5): 1572–83. дои : 10.1111/j.1476-5381.2011.01646.x . ПМЦ 3372738 . ПМИД 21883149 .
- ^ Jump up to: а б с д и Пьетробон Д. (июль 2013 г.). «Кальциевые каналы и мигрень» . Биохим. Биофиз. Акта . 1828 (7): 1655–65. дои : 10.1016/j.bbamem.2012.11.012 . ПМИД 23165010 .
- ^ Офофф Р.А., Тервиндт ГМ, Вергуве МН, ван Эйк Р., Офнер П.Дж., Хоффман С.М., Ламердин Дж.Э., Моренвейзер Х.В., Булман Д.Е., Феррари М., Хаан Дж., Линдхаут Д., ван Оммен Г.Дж., Хофкер М.Х., Феррари М.Д., Франц Р.Р. ( 1996). «Семейная гемиплегическая мигрень и эпизодическая атаксия типа 2 вызваны мутациями в гене Ca2+-канала CACNL1A4» . Клетка . 87 (3): 543–52. дои : 10.1016/s0092-8674(00)81373-2 . hdl : 1765/57576 . ПМИД 8898206 . S2CID 16840573 .
- ^ Ли, Чун-Яо; Чин-Чуан, Хорнг-Хуэй (2009). «Леветирацетам ингибирует передачу глутамата через пресинаптические кальциевые каналы P/Q-типа в гранулярных клетках зубчатой извилины» . Британский журнал фармакологии . 158 (7): 1753–1762. дои : 10.1111/j.1476-5381.2009.00463.x . ПМК 2801216 . ПМИД 19888964 .