Kalciový kanál typu P. - P-type calcium channel

The Kalciový kanál typu P. je typ napěťově závislý vápníkový kanál. Podobně jako mnoho jiných vysokonapěťově řízených vápníkových kanálů určuje podjednotka α1 většinu vlastností kanálu.[1] Písmeno „P“ znamená mozeček Purkyňovy buňky, s odkazem na počáteční místo objevu kanálu.[2][3] Vápníkové kanály typu P hrají podobnou roli jako Vápníkový kanál typu N. v uvolňování neurotransmiterů na presynaptickém konci a v integraci neuronů u mnoha typů neuronů.

Dějiny

Experimenty s vápníkovým kanálem, které vedly k objevu vápníkových kanálů typu P, byly původně dokončeny Llinás a Sugimori v roce 1980.[2] Vápníkové kanály typu P byly pojmenovány v roce 1989, protože byly objeveny u savců Purkyňské neurony.[3] Byli schopni použít in vitro příprava na zkoumání iontových proudů, které tvoří Purkyňovy buňky elektrofyziologické vlastnosti. Zjistili, že existují závislé na vápníku akční potenciály které pomalu stoupají a rychle klesají a poté procházejí hyperpolarizace. Akční potenciály byly závislé na napětí a dodatečné hyperpolarizační potenciály byly připojeny k výbojům hrotů, umístěným uvnitř dendrity Purkyňových buněk. Bez toku vápníku v Purkyňových buňkách akční potenciály spalují sporadicky vysokou frekvencí.[2]

Základní vlastnosti a struktura

vápníkový kanál, závislý na napětí, typ P / Q, podjednotka alfa 1A
Identifikátory
SymbolCACNA1A
Alt. symbolyCav2.1, CACNL1A4, SCA6, MHP1, MHP
IUPHAR532
Gen NCBI773
HGNC1388
OMIM601011
RefSeqNM_000068
UniProtO00555
Další údaje
MístoChr. 19 p13

Vápníkové kanály typu P jsou napěťově závislé vápníkové kanály které jsou klasifikovány pod vysokonapěťovým aktivovaným kanálem třídy, spolu s kanály typu L, N, Q a R. Tyto kanály vyžadují silný depolarizace pro aktivaci. Nacházejí se na terminálních axonech, stejně jako v somatodendritických oblastech neuronů v centrálním a periferním nervovém systému.[1] Kritické jsou také vápníkové kanály typu P. váček vydání, konkrétně neurotransmitery a hormony[4] na synaptických terminálech vzrušující a inhibiční synapse.[1]

Napěťově řízené vápníkové kanály typu P se skládají z hlavní podjednotky α1 tvořící póry (která se konkrétněji označuje jako CaV2.1 ),[5] a2 podjednotku a β podjednotku. Ve vápníkových kanálech kosterních svalů se mohou nacházet γ podjednotky.[6] Podjednotka α1 je specificky kódována genem CACNA1A[1] a skládá se ze čtyř domén, z nichž každá obsahuje šest transmembránových (S1-S6) překlenujících α šroubovice. Smyčka S1-S2 a S6 Oblast je považována za zodpovědnou za deaktivaci kanálu, oblast S4 slouží jako napěťový senzor a smyčka S5-S6 tvoří póry.[4] V podjednotce α1 je sedm podjednotek. Podjednotka A, zvaná α1ACa2 +, odpovídá tomu, co je funkčně definováno jako izoformy typu P a Q. Vápníkové kanály typu P a Q jsou úzce spjaty, protože jsou produkovány ze stejného genu alternativním sestřihem. Jako komplikace alternativního sestřihu mohou mít kanály typu P a Q různé složení podjednotky.[6] Podjednotka β reguluje kinetiku a expresi kanálu spolu s podjednotkou α2δ.[1]

Distribuce kanálu

Obarvená purkinje buňka z lidského mozečku. Na dendritech se nachází vysoká hustota vápníkových kanálů typu P.

Většina vápníkových kanálů typu P se nachází v nervovém systému a srdci. Označování protilátek je primární metoda používaná k identifikaci umístění kanálu.[7]

Oblasti vysoké exprese v savčích systémech zahrnují:

Blokovače kanálů

Blokátory vápníkového kanálu typu P působí tak, že brání toku vápníku. Blokování vápníkových proudů může způsobit poškození funkce a životaschopnosti organismu. Tyto účinky mohou vést k různým onemocněním, která jsou podrobněji popsána v následující části.

The pór vápníkových kanálů typu P jsou citlivé na sloučeniny, které lze rozdělit do tří skupin:

  1. Peptid blokátory iontových kanálů
  2. Nízkomolekulární sloučeniny
  3. Terapeutika [1]

Existují pouze dva peptidy toxiny které selektivně blokují kanály typu P: ω-agatoxin IVA a ω-agatoxin IVB. Ostatní zmíněné blokátory, jako jsou nízkomolekulární a terapeutické blokátory, jsou neselektivní. To znamená, že mohou působit na kanálech typu P i na jiných kanálech.[1]

Selektivní peptidový toxin co-agatoxin

Jed pavouka Agelenopsis je specifický blokátor vápníkového kanálu typu P.

Dva známé blokátory, které jsou specifické pro vápníkové kanály typu P, jsou peptidy odvozené od pavoučího jedu Agelenopsis aperta. Toxiny z toho jed které vykazují selektivitu pro kanály typu P jsou ω-agatoxin IVA a ω-agatoxin IVB. Každý z těchto peptidových toxinů je vyroben z 48 aminokyseliny které jsou vázány čtyřmi disulfidové vazby. Ačkoli ω-agatoxin IVA a ω-agatoxin IVB mají stejnou afinitu a selektivitu pro kanály typu P, jejich kinetika je odlišná. Ω-agatoxin IVA ovlivňuje hradlový mechanismus kanálu typu P. Když je silný depolarizace k aktivaci kanálu již nemůže ω-agatoxin IVA blokovat kanál. Proto má ω-agatoxin IVA velmi nízkou afinitu ke kanálu, když je otevřený. Váže se na α1A podjednotka na vnější straně póru. Ω-agatoxin IVA receptor na kanálu typu P je umístěn na linkeru S3-S4. Na druhou stranu k blokování kanálu ω-agatoxinem IVB dochází mnohem pomaleji. Přesto se podobně jako ω-agatoxin IVA nemůže ω-agatoxin IVB vázat na kanál při silné depolarizaci.[1]

Neselektivní peptidové toxiny

Blokátory kanálů typu P s nízkou molekulovou hmotností

Blokátory kanálů s nízkou molekulovou hmotností mají ve vývoji léčiv výhody oproti blokátorům peptidů. Jednou výhodou blokátorů kanálů s nízkou molekulovou hmotností je, že mohou pronikat tkáň, což je důležité pro překročení hranice hematoencefalická bariéra. Pro kanály typu P neexistuje žádný specifický blokátor kanálů s nízkou molekulovou hmotností. Existuje však řada těchto blokátorových sloučenin, které mohou ovlivňovat aktivitu kanálů typu P.[1] Tyto zahrnují:

Terapeutika

Klinicky se používají terapeutika, která mohou ovlivnit aktivitu vápníkových kanálů typu P. Nicméně, primární cílová těchto terapeutik není považováno za kanály typu P. Například, antagonisté vápníku, které se používají k léčbě ischemická choroba srdeční, hypertenze, a srdeční arytmie, působí inhibicí Typ L. nebo T-typ vápníkové kanály. Někteří z těchto antagonistů vápníku zahrnují verapamil, diltiazem, amlodipin, benidipin, cilnidipin, nikardipin, a barnidipin. Ačkoli jejich hlavním cílem nejsou kanály typu P, tito antagonisté vápníku také působí tak, že blokují funkci kanálů typu P. Navíc, flunarizin je další antagonista vápníku, který se používá k léčbě migrény. Jeho hlavní cíle jsou napěťově řízené vápníkové kanály a sodíkové kanály. Flunarizin inhibuje kanály typu P, které jsou umístěny v neokortikální řezy. Funguje tak, že inhibuje vnitřní tok vápníku. Migrény, kterým pomáhá předcházet, jsou způsobeny mutacemi v genu „cacna1a“ podjednotky kanálu typu P. Ukázalo se také, že pomáhají sloučeniny, které blokují kanály typu P záchvaty. Epileptické záchvaty jsou způsobeny zvýšeným výskytem neurotransmise, což je částečně výsledkem kanálů typu P. Sloučeniny jako levetiracetam, lamotrigin, a karbamazepin Je známo, že blokují kanály typu P, které pomohly snížit výskyt záchvatů. Celkově existují různé neselektivní blokátory kalciového kanálu, které pomáhají zmírňovat příznaky hypertenze, schizofrenie, srdeční arytmie, epilepsie, bolest, astma, bradykardie, angina pectoris a Alzheimerova choroba. Ačkoli mnoho z hlavních cílů terapeutických sloučenin nejsou kanály typu P, je třeba dalšího výzkumu určit, zda jsou blokováním kanálu typu P ovlivněny také klinické účinky těchto sloučenin.[1]

Související nemoci

Jak se uvolňují neurotransmitery z presynaptického neuronu (A). B je postsynaptický neuron. 1. mitochondrie; 2. Synaptický váček plný neurotransmiteru; 3. autoreceptor; 4. Synaptická štěrbina; 5. neurotransmiterový receptor; 6. Vápníkový kanál; 7. Fúzovaný vezikul uvolňující neurotransmiter; 8. Čerpadlo zpětného vychytávání neurotransmiteru

Existuje celá řada neurologická onemocnění které byly připsány nefunkčním nebo mutovaným kanálům typu P / Q.[6]

Alzheimerova choroba

v Alzheimerova choroba, dochází k postupnému hromadění β-amyloidový protein (Ap) v mozku. Amyloid vytvářejí se plaky, které mají za následek klíčové příznaky Alzheimerovy choroby. Ap globulomerový protein je umělá látka používaná při výzkumných experimentech, která má podobné vlastnosti jako Ap oligomer, který je přítomen v těle. Ap oligomer přímo reguluje vápníkové kanály typu P / Q. Podjednotka α1A je zodpovědná za vedení proudu vápníku. Pokud jsou s proteinem Ap Ap globulomeru přítomny pouze vápníkové kanály typu P / Q, existuje přímý účinek na podjednotku α1A a vede ke zvýšenému proudu vápníku vápníkovým kanálem typu P / Q. Odpověď je závislá na dávce, protože koncentrace 20 nM a 200 nM Ap globulomeru jsou nezbytné pro významné zvýšení proudu vápníku kanálem v Xenopus oocyty, což ukazuje, že před pozorováním účinků je nutné určité nahromadění Ap globulomeru. Když se zvýší proud vápníku, neurotransmiter uvolňování také stoupá a nabízí možnou příčinu toxicity u pacientů s Alzheimerovou chorobou.[9]

Migrenózní bolesti hlavy

The Gen CACNA1A kódy pro alfa podjednotka vápníkového kanálu typu P / Q.[10] Mutace R192Q genu CACNA1A je ziskem funkce mutace pro receptory P2X3.[5][10] Receptory P2X3 jsou přítomny v neurony trigeminálního ganglia[5] a jsou považovány za hlavní přispěvatele do familiární hemiplegická migréna.[11] Použitím a knockin experiment, tato mutace mohla být exprimována u myší, aby mohl být prováděn výzkum.[5][10] Mutovaná myš má významně vyšší aktivitu receptoru P2X3 než myš divokého typu[5] kvůli zvýšené pravděpodobnosti otevření kanálu a aktivaci kanálu při nižším napětí.[10] Tato zvýšená aktivita receptoru vede k vyššímu toku vápníku vápníkovým kanálem typu P / Q. Zvýšená intracelulární koncentrace vápníku může přispívat k akutní bolesti trigeminu, která obvykle vede k bolesti hlavy.[5] Důkazy to podporují migrény jsou porucha mozkové excitability charakterizovaná nedostatečnou regulací kortikální excitačně-inhibiční rovnováhy.[10]

Záchvaty

Levetiracetam je antiepileptikum než lze použít k léčbě částečný a generalizované záchvaty. Levetiracetam inhibuje zprostředkovaný P / Q kanálem glutamát uvolňuje a snižuje excitační postsynaptické proudy oba AMPA a NMDA receptory v hipokampus, konkrétně zubatý gyrus, o kterém je známo, že šíří záchvaty. Inhibice uvolňování glutamátu vede u pacientů k antiepileptické odpovědi, protože snižuje excitační postsynaptický proud. Existuje mnoho různých typů vápníkových kanálů, takže k prokázání, že jsou přímo zapojeny vápníkové kanály typu P / Q, je inhibitor vápníkového kanálu s napětím typu P / Q, omega-agatoxin TK, bylo použito k zablokování kanálu. Po zablokování již pacienti neměli prospěch z antiepileptických účinků těchto léků. Když blokátory pro Typ L. a Vápníkové kanály typu N. byly použity, účinky levetiracetamu byly stále patrné. To je silný důkaz, že vápníkové kanály typu P / Q se účastní léčby levetiracetamem, což umožňuje úlevu od záchvatů.[12]

Mutační studie

Mnoho mutací vápníkových kanálů typu P vede ke snížené hladině intracelulárního volného vápníku. Udržování homeostázy vápníku je nezbytné pro normálně fungující neurony. Změna buněčné koncentrace iontů vápníku působí jako spouštěč mnoha onemocnění, v závažných případech mohou tato onemocnění vést k hromadné smrti neuronů.[6]

Studie mutací umožňují experimentátorům studovat geneticky zděděné channelopatie. Channelopatie je jakékoli onemocnění, které je výsledkem iontového kanálu s nefunkčními podjednotkami nebo regulačními proteiny.[6] Jeden příklad channelopatie vápníkového kanálu typu P je uveden u homozygotů ataxický myši, které jsou recesivní pro oba potácející se a štíhlejší geny. Tyto myši vykazují mutace v podjednotce alfa1A svých kanálů typu P / Q. Mutace v těchto kanálech vedou k nedostatkům v cerebelárních Purkyňových buňkách, které dramaticky snižují proudovou hustotu kanálů.[6]

Klopýtavé mutace u myší jsou výsledkem a missense mutace a způsobuje opožděný záchvat a ataxii. The potácející se mutace nahrazuje jeden prolin namísto leucinu v P-oblasti kanálu. P-region je zodpovědný za vznik póry iontového kanálu. The štíhlejší mutace, která vede k závažnějším příznakům než potácející se Bylo prokázáno, že mutace je výsledkem jediné substituce nukleotidů který způsobí selhání spojení v otevřeném čtecím rámci kanálů.[6] Mutace v podjednotce tvořící póry vápníkových kanálů typu P způsobují ataxii, výrazně změněné dýchání snížením minutové větrání a vyvolávání příznaků spojených s atelektáza. Mutace na CaPROTIBylo rovněž prokázáno, že 2.1 ovlivňují přenos v rámci pre-Bötzingerův komplex, shluk interneuronů v mozkovém kmeni, které pomáhají regulovat dýchání.[5]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l Nimmrich V, Gross G (říjen 2012). „Modulátory vápníkového kanálu typu P / Q“. Br. J. Pharmacol. 167 (4): 741–59. doi:10.1111 / j.1476-5381.2012.02069.x. PMC  3575775. PMID  22670568.
  2. ^ A b C Llinás R, Sugimori M (srpen 1980). "Elektrofyziologické vlastnosti in vitro somatů Purkyňových buněk v savčích mozečkových řezech". J. Physiol. 305: 171–95. doi:10.1113 / jphysiol.1980.sp013357. PMC  1282966. PMID  7441552.
  3. ^ A b Llinás R, Sugimori M, Lin JW, Cherksey B (březen 1989). „Blokování a izolace vápníkového kanálu z neuronů u savců a hlavonožců s využitím toxinové frakce (FTX) z jedu pavouka z trychtýře“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 86 (5): 1689–93. doi:10.1073 / pnas.86.5.1689. PMC  286766. PMID  2537980.
  4. ^ A b Currie KP (2010). „G proteinová modulace napěťově řízených vápníkových kanálů CaV2“. Kanály (Austin). 4 (6): 497–509. doi:10,4161 / kan. 4.6.62871. PMC  3052249. PMID  21150298.
  5. ^ A b C d E F G Nair A, Simonetti M, Birsa N, Ferrari MD, van den Maagdenberg AM, Giniatullin R, Nistri A, Fabbretti E (srpen 2010). „Familiární hemiplegická migréna Ca (v) 2,1 kanálová mutace R192Q zvyšuje aktivitu receptoru P2X3 s ATP bránou u myších senzorických gangliových neuronů zprostředkujících bolest trigeminu“. Mol Pain. 6: 1744-8069–6-48. doi:10.1186/1744-8069-6-48. PMC  2940876. PMID  20735819.
  6. ^ A b C d E F G Wakamori M, Yamazaki K, Matsunodaira H, Teramoto T, Tanaka I, Niidome T, Sawada K, Nishizawa Y, Sekiguchi N, Mori E, Mori Y, Imoto K (prosinec 1998). "Single mutující mutace zodpovědné za neuropatický fenotyp vápníkového kanálu typu P". J. Biol. Chem. 273 (52): 34857–67. doi:10.1074 / jbc.273.52.34857. PMID  9857013.
  7. ^ A b Hillman D, Chen S, Aung TT, Cherksey B, Sugimori M, Llinás RR (srpen 1991). „Lokalizace vápníkových kanálů typu P v centrálním nervovém systému“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88 (16): 7076–80. doi:10.1073 / pnas.88.16.7076. PMC  52236. PMID  1651493.
  8. ^ Ovsepian SV, Friel DD (leden 2008). „Chudší mutace vápníkového kanálu typu P / Q činí cerebelární neurony Purkinje hyperexcitovatelné a eliminuje výbuchy Ca2 + -Na +.“ Eur. J. Neurosci. 27 (1): 93–103. doi:10.1111 / j.1460-9568.2007.05998.x. PMID  18093175. S2CID  43182491.
  9. ^ Mezler M, Barghorn S, Schoemaker H, Gross G, Nimmrich V (březen 2012). „Β-amyloidový oligomer přímo moduluje vápníkové proudy typu P / Q v oocytech Xenopus“. Br. J. Pharmacol. 165 (5): 1572–83. doi:10.1111 / j.1476-5381.2011.01646.x. PMC  3372738. PMID  21883149.
  10. ^ A b C d E Pietrobon D (červenec 2013). „Vápníkové kanály a migréna“. Biochim. Biophys. Acta. 1828 (7): 1655–65. doi:10.1016 / j.bbamem.2012.11.012. PMID  23165010.
  11. ^ Ophoff RA, Terwindt GM, Vergouwe MN, van Eijk R, Oefner PJ, Hoffman SM, Lamerdin JE, Mohrenweiser HW, Bulman DE, Ferrari M, Haan J, Lindhout D, van Ommen GJ, Hofker MH, Ferrari MD, Frants RR ( 1996). „Familiární hemiplegická migréna a epizodická ataxie typu 2 jsou způsobeny mutacemi v genu Ca2 + kanálu CACNL1A4“. Buňka. 87 (3): 543–52. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 81373-2. hdl:1765/57576. PMID  8898206. S2CID  16840573.
  12. ^ Lee, Chun-Yao; Chin-Chuan, Horng-Huei (2009). „Levetiracetam inhibuje přenos glutamátu přes presynaptické vápníkové kanály typu P / Q na granulované buňky zubatého gyru“. British Journal of Pharmacology. 158 (7): 1753–1762. doi:10.1111 / j.1476-5381.2009.00463.x. PMC  2801216. PMID  19888964.