Ақпарат

Кернеуге байланысты кальций арналары нейрондық өткізгіштік жылдамдығына әсер ете ме?

Кернеуге байланысты кальций арналары нейрондық өткізгіштік жылдамдығына әсер ете ме?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Бізде препарат аннелидті құрттардағы кернеуге байланысты кальций арналарын (VGCC) бітеп тастауы мүмкін деген гипотеза бар. Біз VGCC және нейрондық өткізгіштік жылдамдықтары арасында қандай да бір корреляция бар ма деген сұрақ туындайды. Кальций иондарының құрамындағы ауытқулар болса, өткізгіштік жылдамдығында қандай да бір өзгерістер болады ма? Немесе арна бітеліп қалса, ол құрттың алып аксонындағы бүкіл әрекет потенциалын блоктай ма?


Көбінесе кальций аксон бойымен әрекет потенциалының белсенді таралуы тұрғысынан ең маңызды ион емес. Мұнда негізгі рөлдерді әдетте натрий мен калий атқарады. Көптеген тірі организмдерде жасушаішілік және жасушадан тыс ерітінділер үшін иондардың концентрациясы ұқсас. Әрекет потенциалы үшін сізде әдетте натрий ағыны, содан кейін калий ағыны болады. Натрий ағыны мембрананы деполяризациялайды, ал калий ағыны оны қайта поляризациялайды. Өткізгіштік жылдамдығы мембрананың кедергісі және оның «ағып кетуі» арқылы анықталады. Яғни, жалғыз адам аксон бойымен қаншалықты оңай жүре алады? Бұл аксонның диаметрімен анықталады, диаметрі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жылдамырақ өткізіледі. Ағып кету сигналдың таралуы кезінде иондардың аксоннан ағып кету жеңілдігін білдіреді. Миелин қабықшалары арқылы оқшаулау мұны болдырмауға көмектеседі және ағып кету аз болса, келесі таралу орнында сигнал соғұрлым көп болады.

Кальций сигналды синаптикалық жасушадан кейінгі жасушаға беру үшін ең маңызды ион болып табылады. Кальций болмаса, сізде нейротрансмиттер бөлінбейді. Себебі, кальций ағыны тұзақ кешеніне қатысты бірқатар оқиғаларды тудырады, бұл ақыр соңында кванттық бірліктерде нейротрансмиттердің везикулярлы босатылуына әкеледі. Егер сіз кальцийді жасушадан тыс ерітіндіден алып тастасаңыз, сізде нейротрансмиттер бөлінбейді. Егер сіз кальций арналарын блоктасаңыз, сізде нейротрансмиттердің шығарылуы болмайды.


Кернеуге байланысты натрий арналарының тұқым қуалайтын бұзылыстары

Қаңқа бұлшықетінің жиырылуына, жүрек ырғағы мен жүйке жүйесінің жұмысына әсер ететін адамның әртүрлі тұқым қуалайтын бұзылыстары кернеуге тәуелді натрий арналарын кодтайтын гендердегі мутацияларға байланысты болды. Бұл жағдайлардың клиникалық ауырлығы жеңіл немесе тіпті жасырын аурудан өмірге қауіп төндіретін немесе жарамсыз жағдайларға дейін ауытқиды. Натрий каналопатиялары иондық каналдардың алғашқы танылған ауруларының бірі болды және кең таралған клиникалық және ғылыми қызығушылықты тартуды жалғастыруда. Кеңейтілген білім базасы кернеуге тәуелді натрий арналары үшін құрылым-функция және генотип-фенотип қатынастары туралы түсінігімізді айтарлықтай жетілдірді және жүрек аритмиясы мен эпилепсия сияқты кең таралған аурулардың патофизиологиялық негіздеріне жаңа түсінік берді.


1. КІРІСПЕ

Олигодендроциттер (OLs) аксондарды миелинизациялау процестерімен қаптайды, аксональды тұтастықты қорғауды және қолдауды қамтамасыз етеді және әрекет потенциалының тұзды өткізгіштігін қамтамасыз етеді. Нейрондар мен OLs арасындағы динамикалық өзара әрекеттесу орталық жүйке жүйесіндегі өткізгіштік жылдамдығын бақылау үшін OL тұқымдық жасушаларының дамуын және миелинизацияны модуляциялайды (CNS Pajevic, Basser, & Fields, 2014 Sinclair et al., 2017). Жақында жүргізілген зерттеулер OLs динамикалық Ca 2+ жоғарылауы зебра балығының жұлынындағы миелин қабықшасының in vivo тазартылуымен байланысты екенін көрсетті (Baraban, Koudelka, & Lyons, 2018 Krasnow, Ford, Valdivia, Wilson, &t. ). Ca 2+ - бұл жасушалық процестерді индукциялайтын маңызды екінші хабаршы, ол жергілікті трансляцияға және OL линиясының жасушаларында процестің кеңеюіне әкелуі мүмкін (Baraban et al., 2018 Krasnow et al., 2018 Wake, Lee, & Fields, 2011). Дегенмен, белсенді аксондардың сигналдық факторлары туралы аз мәлімет бар, олар белсенділік ‐тәуелді нейрон‐OL байланысын жеңілдетеді, ол OL-дағы Ca 2+ өтпелі процестеріне әкеледі, сондай-ақ нейрондық кірістерге жауап ретінде OL Ca 2+ жоғарылауының көздері.

Алдыңғы зерттеулер нейрондық глутаматты немесе GABA-ны нейрондық OL өзара әрекеттесуінің әлеуетті медиаторлары ретінде анықтады (Берглес, Робертс, Сомоги, 'Jahr, 2000 Kukley, Capetillo'Zarate, 'x00026 Dietrich, 'Linx202, 'Linx2020). Атап айтқанда, OL тұқымдық жасушалары Ca 2+ өткізбейтін немесе Ca 2+ өткізбейтін AMPA рецепторларын (AMPAR) және NMDA рецепторларын экспрессиялайды және осылайша нейрондардан глутаматтың бөлінуін тікелей сезіне алады (Berret және т.б., 2017 Ge et al. , 2006 Micu et al., 2016 Patneau, Wright, Winters, Mayer, & Gallo, 1994). Жақында жүргізілген зерттеулер OLs-дағы нейротрансмиттерлік рецепторларды тежеу/өшіру олардың нейрондық белсенділікке реакциясын нашарлататынын және OL дамуы мен қызметіндегі өзгерістерге әкелетінін көрсетті (Koudelka және басқалар, 2016 Kougioumtzidou және т.б., 2017 Mensch және т.б., 2015), глутамат белсенді аксондардың электрлік белсенділігін сезіну үшін OL дамыту үшін маңызды сигнал болуы мүмкін.

Кернеу‐тұйықталған Ca 2+ (Cav) арналар глутаматергиялық кірістің потенциалды жанама әсерлері болып табылады, өйткені AMPA рецепторларының активтенуі OL линиясының жасушаларында кернеуі бар иондық арналарды деполяризациялауға және белсендіруге қабілетті (Berret et al., 2017 Káradóttir, Hamilton†, Атвелл, 2008). Алдыңғы зерттеулер L‐, N‐ және R‐type Ca өрнектері туралы хабарлады.v арналар және олардың ағындарының OL тұқымдық жасушаларында болуы (Бергер, Шницер, Орканд, & Kettenmann, 1992 Butt, 2006). NG2+ глиальды жасушаларда синаптикалық кірістің интеграциясы төмен вольтты белсендірілген R типті немесе T типті Саны тарту арқылы Ca 2+ сигналдарына әкелді.v арналар (Sun, Matthews, Nicolas, Schoch, & Дитрих, 2016). Сонымен қатар, жоғары вольтты‐белсендірілген L‐түрі Саv арналар OL дамуы мен миграциясын модуляциялайтыны белгілі (Cheli et al., 2016 Cheli, Santiago González, Spreuer, & Paez, 2015 Paez, Fulton, Colwell, & Campagnoni, 2009). Саның функционалдық әсеріне қарамастанv OL тұқымдық жасушаларындағы арналар, глутаматергиялық кірістер мен Ca арқылы Ca 2+ ағыны арасындағы функционалдық байланыстың дәлелі жоқ.v прекурсорлық сатыдан тыс OL дамуындағы арналар.

Мұнда біз есту миының трапеция тәрізді денесінің (MNTB) медиальды ядросында глутаматтың Ca 2+ OLs жоғарылауын тудыратын механизмді зерттейміз. Өткізудің сенімділігі мен уақытша сенімділігін қамтамасыз ету үшін маңызды болып табылатын MNTB-дағы ауыр миелинді аксон талшықтары даму кезінде белсенді миелинизациядан өтеді (Ким, Ренден, фон Герсдорф, 2013 Ким, Туркингтон, Кушмерик, 2013, Ким, 2013 Sinclair et al., 2017). MNTB-да біз глютаматергиялық кірісті ‐индукцияланған Ca 2+ өтпелі процестерін және Ca арқылы Ca 2+ токтарын табамыз.v Жылдам кинетикасы бар генетикалық кодталған Ca 2+ индикаторы OL‐спецификалық GCaMP6f экспрессиясы бар тышқандарда электрофизиология мен Ca 2+ бейнелеуін қолдана отырып, OL дамыту арналары (Chen et al., 2013). Біз AMPAR және L‐type және P/Q‐type Ca-ны анықтаймызv арналар нейрондар мен OLs арасындағы белсенді байланысты үйлестіретін глутаматергиялық нейрондық кіріске жауап ретінде миелинизацияға дейінгі OL-ларда Ca 2+ ағынының маңызды көздері ретінде.


Кернеуге байланысты кальций арналары нейрондық өткізгіштік жылдамдығына әсер ете ме? - Биология

Нейрондар электрлік қозғыш болып табылады, электрлік импульстарды өндіру арқылы кіріске жауап береді, бүкіл жасуша мен оның аксонында әрекет потенциалы ретінде таралады. Бұл әрекет потенциалдары олардың плазмалық мембраналары арқылы катиондық градиентке (негізінен натрий және калий) өзгерістер арқылы жасалады және таралады. Бұл әрекет потенциалдары ақырында аксональды терминалға жетеді және синапстар арқылы көрші жасушалардың деполяризациясын тудырады. Бұл әрекет - бұл жасушалардың бір-бірімен, яғни синапстық трансмиссия арқылы синапстарда әрекеттесуі. Әдетте, жасушаның ішкі жағы сыртқымен салыстырғанда теріс болады. Бұл күй шамамен -60мВ тыныштық мембранасының потенциалы болып табылады. Нейрондық әрекет потенциалы теріс ішкі потенциал шекті мәнге жеткенде (кем теріс) пайда болады. Мембраналық потенциалдың бұл өзгерісі нейрондық әрекет потенциалының деполяризациясы мен генерациялану процесіне әкелетін кернеуге байланысты катиондық арнаны (натрий арнасын) ашады. Нейрондық әрекет потенциалдары импульстардың кез келген жүйке талшығы бойымен тіпті қашықтықта таралуы үшін өте маңызды. Олар сондай-ақ синапс арқылы нейрондар арасындағы байланыс үшін өте маңызды. Бұл механизмнің бұзылуы әртүрлі нейротоксиндер мен демиелинизациялық бұзылулармен сипатталған импульстардың генерациясының және өткізгіштігінің болмауына әкелетін күрт әсер етуі мүмкін.[1][2]

Құрылымы және қызметі

Нейронның мембраналық потенциалы зарядталған иондар концентрациясының айырмашылығы арқылы пайда болады. Нейрондық жасуша мембранасының липидті қос қабаты конденсатор, трансмембраналық арналар резистор қызметін атқарады. Бұл тыныштық (тұрақты күй) потенциалы нейронның физиологиялық күйі үшін өте маңызды, ол жасушалық мембрана арқылы иондардың біркелкі таралуымен қамтамасыз етіледі және ATP-тәуелді сорғылармен, әсіресе натрий-калий антипортерлерімен орнатылады. Бұл алмастырғыштар натрийді жасушалардан жасушадан тыс кеңістікке, калийді жасушаішілік бөлімге айдауға жауапты. Ашылған кезде әртүрлі арналар өткізгіш иондардың электрохимиялық градиенттерінен төмен ағуына мүмкіндік береді, осылайша мембраналық потенциалды өзгертеді. Бұл арналардың қақпасы екінші хабаршылар, нейротрансмиттерлер немесе кернеудің өзгеруі арқылы жүзеге асырылады. Кернеумен жабылған катиондық арналар нейрондық әрекет потенциалының генерациясында және таралуында қолданылатын негізгі арналар болып табылады.

Адамның миында 100 миллиард нейрон бар, ал адам миында квадриллион синапс бар. Кез келген нейронда мембрананың электрлік потенциалына әсер ететін орта есеппен 1000 синапс болады. Тыныштық мембранасының потенциалы (-60мВ) теріс болған кезде ол деполяризацияланады. Неғұрлым теріс болса, ол гиперполяризацияланады. Иондардың әртүрлі қозғалыстарын, атап айтқанда натрийдің енуін жинақтағаннан кейін, жасуша шекті потенциалға жету үшін жеткілікті сигналдарға ие болуы мүмкін және бұл шекке жасушаға жеткілікті оң зарядталған иондар ену арқылы жетеді, яғни деполяризация деп аталатын полярлықты тоқтатады. Қалыпты дене температурасында натрий үшін тепе-теңдік потенциалы +55 мВ, калий үшін -103 мВ. Әсер ету потенциалының генерациясында үш кезең бар: (1) деполяризация, мембрана потенциалының -60 мВ-тан +40 мВ-қа дейін өзгеруі, ең алдымен, натрий ағыны нәтижесінде пайда болады (2) реполяризация, мембрананың тыныштық потенциалына қайта оралу, ең алдымен калий ағыны және (3) гиперполяризациядан кейін, реполяризацияның шамалы асып кетуінен қалпына келтіру.[3] (төмендегі кестені қараңыз)  Жоғарыда айтылғандай, 1-кезең натрийге мембрана өткізгіштігінің жоғарылауымен байланысты. Тиісінше, жасушадан тыс натрийді жою немесе натрий арналарын инактивациялау әрекет потенциалдарының пайда болуына жол бермейді.[4] Әрекет потенциалы пайда болғаннан кейін нейрон бірден басқа әрекет потенциалын тудыра алмайды, бұл абсолютті рефрактерлік кезең. Осы сәтте натрий арналары белсендірілмеген және жабық күйде қалады, ал калий арналары әлі де ашық. Бұл күйден кейін нейрон тек анағұрлым жоғары шегі бар әрекет потенциалын тудыратын салыстырмалы рефрактерлік кезең келеді. Натрий арналарының кейбіреулері ашылуға дайын болғанда ашылады және көпшілігі әлі де белсенді емес, ал кейбір калий арналары әлі де ашық. Отқа төзімді кезеңдердің ұзақтығы әсер ету потенциалының қаншалықты жылдам туып, таралатынын анықтайды. Әрекет потенциалының таралуы синапста тоқтағанға дейін жалғасады, мұнда ол нейротрансмиттерлердің босатылуын немесе иондық токтардың өткізілуін тудыруы мүмкін. Соңғысы электрлік синапстарда пайда болады, соның арқасында пресинаптикалық және постсинаптикалық жасушалар нейротрансмиттерлерді пайдаланудан аулақ болады.[5] Нейротрансмиттерлер қалыпты жағдай болып табылады және химиялық синапстар мен жүйке-бұлшықет түйіндерінде шығарылады.[6] .

Нейрондық мембрананың бір бөлігінің бойымен деполяризациядан туындаған жергілікті токтар, егер жеткілікті күшті болса, мембрананың көрші сегменттерін табалдырық деңгейіне дейін деполяризациялай алады, осылайша әрекет табалдырығын мембрана бойымен және нейрондық аксон бойымен таратады. Бұл таралу жылдамдығының анықтаушы факторы, ең алдымен, бастапқы жергілікті ағымдардың әрі қарай деполяризациялар тудырмас бұрын таралу дәрежесі болып табылады. Бұл жылдамдыққа әсер ететін факторларға мембрананың электрлік кедергісі және аксонның ішкі мазмұны жатады. Кеңірек аксондардың ішкі кедергісі төмен, ал мембранада кернеуі бар натрий арналарының көп болуы мембрана кедергісін төмендетеді. Жоғары ішкі қарсылық пен төменгі мембрана кедергісі әрекет потенциалының таралуының баяулауына ықпал етеді. Денеде жеткілікті кеңістік болмағандықтан, үлкен аксондар жасаудың орнына, жүйке жүйесі таралу жылдамдығын арттыру үшін глиальды жасушаларды, атап айтқанда олигодендроциттер мен Шван жасушаларын аксондарды орап, миелин қабықшаларын жасау үшін пайдаланады. Бұл қабықшалар мембраналарға төзімділікті арттырады, әйтпесе арналар ағып кететін жерлерді түзетеді. Дегенмен, әрекет потенциалы потенциалды жалғастыру үшін натрий арналарын қажет етпейінше ғана тарай алады, бұл Ранвье түйіндері деп аталатын миелин қабығында бос орындарды тудырады. Бұл түйіндерде аксон бойындағы әрекет потенциалын қайта іске қосу үшін сол арналардың жоғары концентрациясы болады, бұл тұздық өткізгіштік деп аталады.[1]

Нейрон әрекетінің әлеуеті – төмендегі медиадағы кестені қараңыз.

Клиникалық маңыздылығы

Нейрондық әрекет потенциалының жылдам деполяризациясы немесе жоғарылауы кернеумен жабылған натрий арналарының ашылуы нәтижесінде болады. Бұл арналар сүтқоректілердің он генімен кодталған әртүрлі суббірліктері бар үлкен трансмембраналық ақуыздар. Бұл арналармен байланысты проблемалар жалпы түрде каналопатиялар деп аталады. Каналопатиялар кез келген қозғыш тіндерге, соның ішінде нейрондарға, қаңқаға және жүрек бұлшықеттеріне әсер етуі мүмкін, нәтижесінде әртүрлі аурулар пайда болады. Неврологиялық каналопатиялар әртүрлі бұлшықет ауруларында және мида жиі кездеседі. Туа біткен парамиотониа натрий арнасының альфа-1 суббірлігін кодтайтын геннің мутациясынан туындайды. Мидағы натрий каналопатиялары рефрактерлі эпилепсия бұзылыстарының әртүрлі нысандарын тудырады.

Әрекет потенциалын блоктайтын әртүрлі нейротоксиндер бар. Осындай өлімге әкелетін токсиндердің бірі натрий арналарын тежейтін тетродотоксин (TTX) болып табылады.[7] Табиғи токсин әдетте жапон асханасының бір бөлігі болып табылатын балық балықтарынан ауызша жұтылады және оның таралуы Оңтүстік-Шығыс Азиядан Тынық мұхиты мен Жерорта теңізіне тарады. , сондай-ақ осы токсинді көптеген басқа түрлерде табу. Натрий арналарымен байланысу және оларды инактивациялау арқылы зақымдалған тіндер қозғалмайтын және сезімтал емес болады. TTX-тен туындайтын симптомдардың басталуы/ауырлығы адамның қаншалықты тұтынатынына байланысты және пациенттер алдымен тіл/ерін парестезиясын көрсетуі мүмкін. Бұл презентация бұлшықет әлсіздігі мен атаксияға айналуы мүмкін бас ауруы/құсумен байланысты немесе одан кейін жүреді. Басқа белгілерге диарея, бас айналу және рефлекстердің жоғалуы жатады. Өлім тыныс алу және/немесе жүрек жеткіліксіздігінен болуы мүмкін. Дегенмен, кейбір клиникалық маңыздылығы бар, TTX ауырсынуды емдеуде зерттеу тақырыбы болған кейбір анальгетикалық белсенділікке ие және төмен доза героинге құмарлықты азайтуы мүмкін. Өкінішке орай, TTX емі жоқ және көбінесе өлімге әкеледі, бақылау және қолдау көрсету жалғыз емдеу болып табылады. Тыныс алуды қолдау тыныс алуды қолдау үшін эндотрахеальды интубация немесе механикалық желдету түрінде келеді. Уланудың ерте кезеңдерінде токсинді асқазанға сіңіру алдында сіңіру үшін белсендірілген көмірмен және симптомдардың ауырлығын азайту үшін асқазанды шаю арқылы емдеуге болады.[8]

Цигуатоксин  – ұюдың, парестезияның, дизестезияның және бұлшықеттің салдануының тез басталуын тудыратын күшті натрий арналарының блокаторы.  Цигуатоксин (CTX) – динофлагеллаттар шығаратын теңіз нейротоксиндері. CTX кернеумен жабылған натрий арналарын блоктау арқылы жұмыс істейді. Адамдар CTX-ге динофлагеллаттарды тұтынатын балықтармен қоректенетін жыртқыш маржан рифі балықтарын, соның ішінде груперлерді, қызыл балықтарды және барракудаларды жұту арқылы ұшырайды.


Кальций толқындары

Өте жылдам кальций толқындары

Әрекет потенциалдары – жүйке, бұлшықет және басқа жасушалардың плазмалық мембраналарында кернеуі бар иондық арналар арқылы таралатын электрлік толқындар. Ең жақсы түсінілген әрекет потенциалдарында натрий иондары осы иондық арналар арқылы жасуша бойымен электр өрісін кеңейту үшін ағады, бірақ әрекет потенциалдарының басқа маңызды класында кальций иондары ағып кетеді кальций әрекет потенциалдары немесе өте жылдам кальций толқындары деп аталады. Кальцийдің әсер ету потенциалдарының жылдамдығы медузаның миынан теңіз шошқасының миына дейінгі жүйелердегі нейрондар бойымен, көбелектің жүрегінен теңіз шошқасының жүрегіне дейінгі бұлшықеттер бойымен және тіпті жәндік қоректі өсімдіктің бойымен өлшенген. Жылдамдықтары мың еселенген диапазоннан асатын натрий әрекет потенциалдарынан айырмашылығы, кальцийдің әсер ету потенциалының жылдамдықтары шамамен 10–40 см/с (20°C) диапазонында және осылайша тек төрт еселік ауқымда өзгереді. Сонымен қатар, натрий әсер ету потенциалдарының жылдамдықтарынан айырмашылығы, кальцийдің жылдамдықтары жасуша диаметріне байланысты емес.

Неліктен кальций әрекет потенциалдары немесе өте жылдам кальций толқындары жылдамдықтардың соншалықты шектеулі диапазонына ие? Мүмкін эволюция оларды жасушаның жер асты улануын болдырмайтын кальций ағынының ең жылдам толқындарына айналдырды.


3 МИЕЛИН

Миелинді аксонның тарихи оқулық көрінісі миелинді аксондардың ұзындығы бойынша толық миелинденгенін, аксондар бойындағы миелин қабықтарының ұзындығы мен қалыңдығының сәйкес келетінін, қабықтың ұзындығы шамамен 100X аксон диаметріне эквивалентті екенін көрсетті (Хесс және Янг, 1949) , және үлкенірек диаметрлі аксондар қалың миелинді қабықтарға ие (Donaldson & Hoke, 1905). Осындай жорамалдарға сүйене отырып, бастапқы модельдеу зерттеулері миелин қабықшасының ұзындығы өткізгіштік жылдамдығымен оң корреляцияланғанын болжады (Hursh, 1939 Moore, Joyner, Brill, Waxman, & Najar-Joa, 1978 Rushton, 1951), бірақ тек жалпақ максимумға дейін, одан жоғары. ұзындықтың одан әрі ұлғаюы жылдамдықтың өсуіне әкелмейді (Huxley & Stampfli, 1949). Бұл алғышарт перифериялық жүйке жүйесінде (PNS) қысқа миелин қабығы бар жануарларды талдау арқылы жақында расталды (Wu, Williams, Delaney, Sherman, & Brophy, 2012), бірақ біздің қабықтың ұзындығы мен өткізгіштігінің ОЖЖ-де қалай байланысты екендігі туралы түсінігіміз азырақ анық болып қалады.

Алғашқы модельдеу зерттеулері сонымен қатар ең жылдам өткізгіштік жылдамдығы оңтайлы күйді білдіретінін анықтағанымен, қазір жылдамдықты арттыруға емес, өткізгіштіктің дәл уақыты функцияға қатысты оңтайлы болуы мүмкін, әсіресе CNS (Pajevic, Basser, & Fields, 2014 Seidl, 2014). Мысалы, көптеген тізбектерде өткізгіштік уақыттары жоғары реттелетін болып көрінеді, мысалы, белгілі бір нысанаға (Salami, Itami, Tsumoto, & Kimura, 2003) AP-ның синхронды келуіне мүмкіндік беру үшін, миелинизацияның уақытша дәлдігін реттеуде рөл атқарады. AP жеткізу (Lang & Rosenbluth, 2003). ОЖЖ-дегі миелинді аксондардың ұзындығы бойынша миелинизацияның өте айнымалы үлгілері болуы мүмкін екені енді анық болды (Auer, Vagionitis, & Czopka, 2018 Hill, Li, & Grutzendler, 2018 Micheva et al., 2016 Stedehouder et al., 2017). Tomassy және т.б., 2014). Мысалы, CNS миелин қабықшалары көбінесе PNS-ге қарағанда әлдеқайда қысқа және модельдеу мұндай қысқа қабықтардың ұзындығының өзгеруі өткізгіштік жылдамдығына айтарлықтай әсер етуі мүмкін деп болжайды (Брилл, Ваксман, Мур және Джойнер, 1977 Форд және т.б.). , 2015 Moore et al., 1978). Шын мәнінде, жақында анатомиялық ақпараттандырылған электрофизиология және модельдеу қысқа миелин қабықтарының тіпті қарапайым ұзаруы да өткізу жылдамдығын төмендете бастауы мүмкін деп болжайды (Форд және т.б., 2015). Тізбек функциясы үшін дәл уақытты анықтау маңызды болатын есту жүйесінде (Seidl, Rubel, & Barria, 2014), миелин қабықшасының ұзындығы дәл өткізгіштік уақыттарын қамтамасыз ету үшін жоғары реттелген болып көрінеді (Ford et al., 2015 Seidl et al., 2014), соның ішінде бір нейронның ерекше аксональды тармақтары бойымен (Seidl & Rubel, 2016). Мұндай бақылаулар жергілікті бейімделу механизмдері қабықтың ұзындығына және өз кезегінде өткізгіштікке әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. Мұндай алғышарттарды қолдау нейрондық белсенділіктің миелин қабықтарының ұзындығын тікелей реттей алатынын дәлелдейтін жаңа дәлел болып табылады. in vitro және in vivo зебрабалықтар мен кеміргіштерде (Fields et al., 2015 Hines, Ravanelli, Schwindt, Scott, & Appel, 2015 Koudelka et al., 2016). Сонымен қатар, зебра балықтарындағы соңғы тірі бейнелеу зерттеулері миелин қабықтарындағы Ca 2+ белсенділігінің әртүрлі локализацияланған кодтары қабықтың ұзаруы мен жиырылуын алдын ала көрсететінін және осы миелин Са 2+ белгілерінің кем дегенде кейбіреулері нейрондық белсенділікке байланысты екенін көрсетеді (Барабан, Коуделка, & Лионс, 2018 Krasnow, Ford, Valdivia, Wilson, & Attwell, 2018). Сондықтан жүйке белсенділігінің әртүрлі формалары аксондар бойымен қабықтың өсуін дәл баптай алады, бұл өткізгіштік жылдамдығына әсер етуі мүмкін. Дегенмен, біздің білуімізше, нейрондық белсенділікті манипуляциялаудан кейін қабық ұзындығының реттелуі өткізгіштік жылдамдығына қалай әсер ететінін зерттеді (Etxeberria және т.б., 2016), бірақ бұл қосымша миелин параметрлеріне әсер еткен манипуляциядан кейін, біздің білуімізше, эксперименталды түрде қажет екенін көрсетеді. функцияға әсер етуді нақты зерттеуге мүмкіндік беру үшін белсенділікпен реттелетін миелинизация механизмдерін ажырату.

Миелин қабықтарының көп қабатты және липидтерге бай табиғаты аксоннан токтың ағып кетуіне жол бермеу арқылы оқшаулауды арттырады (Bakiri, Káradóttir, Cossell, & Attwell, 2011) және сыйымдылықты төмендетеді, түйіндерді жылдамырақ зарядтауға мүмкіндік береді. Бұл қасиеттер бірге қалың миелин қабықтарының әдетте эксперименттік сценарийлерде де (Sanders & Whitteridge, 1946 Verhoeven және т.б., 2003) және компьютерлік модельдеулерде (Berthold, Nilsson, & Rydmark, 1983 Goldman & Albus, 1968 Moore et al., 1978 Rushton, 1951 Smith & Koles, 1970). Бастапқы модельдеу миелин қалыңдығының рациондық өлшемі g-қатынасы деп аталатын (аксон диаметрі мен миелин + аксон диаметрінің қатынасы) 0,6 болған кезде ең жылдам өткізгіштік байқалатынын болжады (Goldman & Albus, 1968 Rushton, 1951). Дегенмен, шын мәнінде, аксондар бойындағы миелин қалыңдығы өте гетерогенді болуы мүмкін, ОЖЖ-дегі миелин қалыңдығының көптеген өлшемдері осы 0,6 г қатынасының мәнінен айтарлықтай ауытқиды, әдетте жоғары болады, яғни жұқа қабықтары бар (Chomiak & Hu, 2009) . Миелин қалыңдығының реттелуі мен нақты аксондар мен тізбектердің қызметі арасындағы байланыс әлі де егжей-тегжейлі бағалануы керек болса да, миелин қалыңдығы да бейімделгіш және нейрондық белсенділіктің эксперименталды және физиологиялық негізделген өзгерістерімен реттелуі мүмкін екендігі туралы дәлелдер пайда болды (Гибсон және басқалар. ., 2014 Liu et al., 2012 Makinodan, Rosen, Ito, & Corfas, 2012 Mitew et al., 2018). Миелин қабықшасының ұзындығы мен қалыңдығын модуляциялаудан басқа, нейрондық белсенділік миелинизацияны белсендірек аксондарға бағыттау арқылы аксондарда миелин қабықтарының түзілуіне әсер ете алатынын көрсетті. Дегенмен, бүгінгі күнге дейін зерттелген кез келген аксонның миелинизациясы үшін белсенділік қажет емес және миелин түзілуінің белсенділікпен реттелетін аспектілері өткізгіштікке қаншалықты әсер ететіні белгісіз.

Шынында да, белсенділікпен реттелетін миелинизацияға қатысты көптеген сұрақтар шешілу керек: миелин қабықшасының саны, таралуы, ұзындығы мен қалыңдығындағы өзгерістердің барлығы белсенді аксондар мен миелин қабықтарының арасындағы локализацияланған өзара әрекеттесулерді көрсетеді ме? Ұқсас механизмдер белсенділікпен реттелетін миелинизацияның әртүрлі аспектілерін негіздей ме? Миелинизацияның белсенділікке негізделген өзгерістері даму кезінде немесе ересек жаста болғанына қарамастан, аксонның бастапқы миелинизациясы кезінде ғана болуы мүмкін бе, әлде белсенділік жетілген миелинді аксондардың немесе миелин қабықтарының миелинизациясын реттей ала ма? Ең бастысы, белсенділікпен реттелетін миелинизацияның кез келген түрлері тізбектің жұмысына қалай әсер етеді? Осы соңғы сұраққа жауап бермес бұрын, нейрондық белсенділік миелин қабықшасының түзілуін, өсуін және аксондар бойында қайта құрылуын реттейтін молекулалық механизмдерді түсінуіміз керек. in vivo.


Кернеуге байланысты кальций арналары нейрондық өткізгіштік жылдамдығына әсер ете ме? - Биология

Калий арналары

K+ арналары жасуша мембранасы арқылы K+ иондарының жылдам және селективті ағынын қамтамасыз ететін мембраналық ақуыздар болып табылады және осылайша жасушаларда электрлік сигналдарды тудырады. Жануарлардың барлық жасушаларында болатын кернеуі бар K+ арналары (Кв арналары) трансмембраналық потенциалдың өзгеруі кезінде ашылады және жабылады. Кв арналары жүйке жүйесіндегі электрлік импульстарды генерациялау мен таратудың негізгі компоненттерінің бірі болып табылады. Трансмембраналық потенциал өзгерген кезде бұл арналар ашылып, мембраналық потенциалды қалпына келтіру үшін жасушадан К+ иондарының пассивті ағынына мүмкіндік береді.

Кернеу қақпағы

Кв арналарындағы вентильдік процестің схемалық көрінісі.

Kv арналарының тетрамерлі құрылымы екі функционалды және құрылымдық тәуелсіз облыстардан тұрады: ион өткізгіштік кеуек және кернеу-датчиктер домендері. Ион өткізгіштік кеуегі өткізгіш жолдың айналасында симметриялы орналасқан төрт бөлімшеден тұрады. Кернеу-датчиктер домендері арнаның шеткі жағында орналасқан және төрт трансмембраналық сегменттен (S1-S4) тұрады. Мембраналық потенциалдың өзгеруіне жауап ретінде кернеу-датчиктер домендерінің құрылымдық қайта орналасуы, атап айтқанда әрбір үшінші позицияда оң зарядталған аминқышқылдарын қамтитын S4, өткізгіштік кеуектің конформациялық өзгерістеріне әкеледі, бұл ион өткізгіштігін ашуы немесе жабуы мүмкін. жол. Бұл қозғалыстардың табиғаты мен кернеу датчиктеріндегі конформациялық өзгерістер даулы болды және кернеуді реттеудің бірнеше үлгілері ұсынылды.

Жақында шешілген Kv1.2 кристалдық құрылымы, егеуқұйрық миынан, арнаның ашық күйіндегі кернеу датчигі доменінің молекулалық архитектурасын ашты. Липидті молекулалардан қорғалған кернеу сенсорының доменінде төрт аргинин қақпақшасының қалдығы анықталған. Кернеу сенсорларының кеуек доменіне қосылуы жасуша ішіндегі мембраналық жазықтыққа параллель орналасқан амфипатикалық альфа спираль арқылы жүзеге асырылады. Кернеу датчигі доменіндегі конформациялық өзгерістер спиральді байланыстырушы арқылы ион өткізгіш кеуекке беріледі және ион өткізгіштік жолының жасушаішілік қақпасының ашылуына немесе жабылуына әкеледі. Дегенмен, бұл қосылыстардың табиғаты және байланыстырушы мен кеуек арасындағы өзара әрекеттесу әлі күнге дейін құпия болып қала береді.

Иондардың өтуі

Арнаның жоғары селективтілігіне жауап беретін құрылымдық элемент - кернеуі бар немесе жоқ калий арналары арасында жоғары сақталған бес аминқышқылдарының тізбегі. Амин қышқылдарының бұл созылуы, TVGYG, арнаның ең тар бөлігін құрайды, сонымен қатар селективті сүзгі ретінде белгілі. Иондарды өткізу жолы осы аймақтағы оттегі атомдарымен қапталған, олар K+ иондары үшін төрт байланыстыру орнын қамтамасыз етеді. Селективті сүзгі арқылы иондарды өткізу механизмі тұжырымдалған және зерттелген. Біздің Kv1.2 кеуек доменінің соңғы молекулярлық динамикасын зерттеуіміз липидтердің қос қабаты арқылы кернеудің ығысуымен басқарылатын арна арқылы K+ ионының өткізгіштігінің траекториясын қамтамасыз ете алады (өткізу траекториясының фильмін жүктеп алу үшін осы жерді басыңыз (mpeg,1.6M) ). Біздің нәтижелеріміз 1955 жылы Ходжкин мен Кейнс ұсынған тоқырау механизміне сәйкес келеді. Модельдеу кезінде селективті сүзгіні әр уақытта 2 немесе 3 К+ иондары алады. Иондар негізінен су молекулаларымен бөлінген кристаллография және модельдеу арқылы бұрын анықталған жерлерде орналасады. К+ ионы сүзгіге цитоплазмалық жағынан жақындағанда, селективті сүзгі ішіндегі иондардың конфигурациясы K+ ионы селективті сүзгіге енгенше өзгереді. К+ ионы цитоплазмалық жағынан селективті сүзгіге түскенде, ең сыртқы К+ жасушадан тыс ерітіндіге арнадан шығады. Осы тораптар арасындағы иондардың секірістері және өткізгіштікке қатысатын көп ионды конфигурациялар тізбегі осы жерде мұқият сипатталған.

Модельдеу траекторияларының фильмдері осы жерде (mpeg,4,7M) және мұнда (mpeg,1,4M) берілген модельдеулерде селективті сүзгі арқылы K+ өткізгіштігінің әртүрлі сценарийлері байқалды.



Кв1.2 сольватталған липидті қос қабатқа енгізілген.

Мұнда арнаның ашық күйінің айналмалы фильмі берілген. (мпег, 11М)

Зарядтау

Арнаны ашқаннан кейін кернеу-датчиктер домендеріндегі (VSD) конформациялық өзгерістер мембрананың электр өрісі арқылы 12-13 элементар зарядтардың ауысуына әкеледі. Бұл зарядты тасымалдау арнаның ашылуына дейінгі өтпелі сыйымдылық ток ретінде өлшенеді. VSD бірнеше зарядталған қалдықтары, атап айтқанда, S4 сегментіндегі әрбір үшінші позицияда тұрақты орналасқан төрт аргинин қалдығы, трансмембраналық өріс арқылы қозғалатыны және қақпа зарядына ықпал ететіні белгілі. Аргининдер деп аталатын бұл аргининдердің орны барлық кернеуі бар калий, натрий немесе кальций арналарында жоғары деңгейде сақталады. Дегенмен, олардың қозғалысы мен трансмембраналық әлеует арқылы ығысуы ауқымды пікірталас тудырды.

Roux зертханасымен бірлесе отырып, біз барлық атомды MD модельдеулерінен кернеуі бар калий арнасының, Kv1.2 зарядын есептей алдық. Арнаның жалпы ысырма заряды толық тетрамерлі арна үшін, сондай-ақ айқын мембраналық еріткіш ортадағы жеке кернеу-датчиктер домені (VSD) үшін есептеледі.

Әрбір ақуыз конформациясының бос энергиясы (ашық немесе жабық күйде) қолданылатын сыртқы кернеулердің функциясы болып табылады. Суды, иондарды және липидті молекулаларды қоса алғанда, бүкіл жүйенің орын ауыстыру заряды (немесе электрлік диполь) белок күйінің потенциалдық энергиясын қолданылатын сыртқы кернеулерге қосады. Кернеудің ауытқуы кезінде модельдеу кезінде екі жүйенің (ашық және жабық) орын ауыстыру зарядының айырмашылығы арнаның ысырма зарядын білдіреді. Берілген кернеудегі арнаның ашық ықтималдығы, содан кейін осы нақты кернеудегі екі ақуыз күйінің (ашық және жабық) бос энергиясының айырмашылығынан анықталады.


Толық тетрамерикалық арна (сол жақта) және жеке VSD (оң жақта) үшін есептелген Kv1.2 жолақ заряды. Есептеулер Kv1.2 ашық және жабық күй үлгілерінде орындалады (Pathak et al. Neuron 2007,56:124-40). Модельдер осы есептеулерге дейін мембраналық ортада сыртқы MD модельдеу арқылы нақтыланады.

Electrostatic Potential within the VSD

Across a perfectly homogeneous lipid membrane, the electrostatic potential drops linearly from the interacellular to the extracellular side. However, the irregular shape of the protein and its dielectric inhomogenity modulates the membrane potential within the VSD. In particular, water-filled crevices within the protein change the spatial variation of the potential across the membrane. Using free energy calculation in MD simulations, we have calculated the electrostatic free energy of several residue side chains along the TM helices of the voltage-sensor domains (VSD). These residues are known to move within the transmembrane field when the channel transitions from the open to the closed state, and contribute to the gating charge.

We have calculated the transmembrane potential at the position of key charged residue side chains inside the VSD. In these calculations, the intracellular solution is assumed to be at potential V=1, while the extracellular solution is grounded. The calculations reveal that the transmembrane potential drops rapidly over a distance of about 10-15A within the protein. Such a sharp drop in the potential results in a very focused electric field within only one third of the bilayer thickness. The sharp drop in the transmembrane potential is due to the presence of a water-filled crevice located within the VSD, which provides a high-dielectric medium in contrast to the low-dielectric medium of the surrounding protein and lipid molecules.


Fraction of transmembrane potential acting on key charged residues of the VSD plotted against z-axis normal to the membrane.

In the open state of the channel, the potential acting on the gating residues (R1-R4) varies from its full value (at z=-5 A) to zero (at z = 10 A) over the extracellular half of the membrane bilayer. As a result, all four gating arginines positioned within 15 A of the membrane-solvent interface are exposed to the extracellular potential. This trend is also seen for the closed state of the channel. Although, the closed conformation of the VSD places the gating arginies near the intracellular inteface. These arginines, spread over a distance of

10 A, are exposed to the intracellular potentia at 1V.

Displacement of charged residues across the membrane potential results in the transfer of a net electric charge across the membrane that can be detected as gating currents in electrophysiological experiments. For example, in the open state of the channel, R4, the forth gating arginine of the VSD, is positioned near the center of the membrane at 0.2 of the potential. In the closed state of the channel, R4 is placed near the intracellular potential at 0.9 of the voltage bias. Upon transition of the channel from the open to the closed state, movement of R4 results in the transfer of 0.7 elementary charges across the membrane. We have determined the contribution of individual charged residues of the VSD to the total gating charge. The results show that the gating charge mainly arises from three of the four arginines, R2, R3, and R4, and the average movement of these residue side chains is about 9 A normal to the membrane.

Final refinement

13e). The difference can be accounted for by considering the contribution of individual residues to the gating charge. In contrast to what was expected, our results showes that R1, the first gating arginine, does not move signitficantly within the membrane potential. We have performed steered molecular dynamics (SMD) simulations, in which the side chain of R1 is pulled down toward the intracellular solution, and the total gating charge is monitored during the course of the simulation. The results show that relatively small motion of these residue side chains is sufficient to increase the gating charge by 2.5 e. During these simulations, rearrangement of arginine side chains is accompanied by disrupting a salt bridge interaction between R1 and E0 (on the S1 segment), and replacing it with strong interactions between R1 and E1 (on the S2 segment), which appear to block the entry of water molecules from the extracellular side. These results suggest that, rather than being the true resting state existing under hyperpolarizing conditions, the initial closed state model corresponds to an intermediate substate appearing early during channel activation.



Permeation of potassium ions through VSD.

Voltage sensor domains act as ion channels

Voltage sensor domains (VSD) consist of four transmembrane segments that form an anti-parallel helical bundle (S1-S4). Mutation of the first gating arginine (R1) on the S4 segment to smaller uncharged amino acids such as serine or asparagine will turn the VSD into an ion channel, allowing permeation of cations through these helical bundles while the main ion conduction pore is closed. These currents, known as omega currents, travel through the VSD and are distinct from the K+ currents passing through the central ion conduction pathway. Omega pores are cation selective, and have a slight preference for larger cations. We have performed molecular dynamics simulations of ionic permeation through the VSD in its resting state conformation. Simulations of the wild-type VSD and four of its mutants revealed the presence of a negatively charged constriction region near the center of the membrane which might act as a selectivity filter that prevents permeation of anions through the pore. Two highly conserved charged residues, R1X and E1, on two helical segments of the VSD form part of this selectivity filter. Mutation of these residues, both in experiments and our simulations, significantly increases the magnitude of the omega-current, another indication that the resting state model of the VSD obtained through our simulations is a viable representative of the functional state of the protein.


C. Structural Basis of Calcium Channel Function

To provide a context for the effects of mutations in calcium channel genes that have been linked to the etiologies of neurological disorders such as epilepsy, we will briefly touch on the structural determinants of calcium channel function. α1-subunits are comprised of four major transmembrane domains that are structurally homologous to those found in voltage-gated sodium and potassium channels (reviewed in Refs. 39, 40 see Fig. 2). Each domain consists of six transmembrane helices, with intracellularly localized NH2 and COOH termini. The fourth membrane-spanning α-helix (S4 segment) contains positively charged arginine and lysine residues every three to four amino acids. Mutagenesis and crystallization studies involving potassium channels have confirmed early suggestions that this region forms the voltage sensor (38), a structural element that translocates within the membrane in response to changing membrane potential (77, 132, 176) and mediates channel opening. The reentrant P-loops between S5 and S6 segments are believed to line the pore of the channel to allow for the passage of permeant ions. The P-loops each contain a critical glutamic acid residue (4 in total) that together form a ring of negative charge and allow for selectivity of divalent cations over monovalent ions (82, 307, 309). However, other amino acid residues in the outer vestibule of the pore are likely to contribute to ion permeation and selectivity (92, 242). α1-subunits also contain the key structural elements that allow the channel to inactivate upon prolonged membrane depolarization. Voltage-dependent inactivation, a key feature that regulates availability of a calcium channel to open, is thought to involve a physical occlusion of the channel pore by a cytoplasmic gating particle. This inactivation gate appears to be formed at least in part by the cytoplasmic domain I-II linker region. However, other regions of the channel, in particular the S6 helices, are also important (reviewed in Ref. 267), perhaps by forming a docking site for the inactivation gate (268). The COOH terminus region of the α1-subunit contains the key loci responsible for calcium-dependent inactivation, a process that is observed only when calcium is used as the charge carrier. Originally thought to occur only with L-type channels, more recent evidence indicates that all types of high voltage-activated channels are subject to this type of regulation by calcium ions. Mechanistically, this process involves a dynamic interaction of the calcium binding protein calmodulin with the COOH-terminal region of the α1-subunit (158, 170, 218, 320).

The cytoplasmic linker regions of various types of calcium channel α1-subunits form key interaction sites for regulatory proteins and may be substrates for phosphorylation events. For example, the I-II linker regions of Cav2.1 and Cav2.2 subunits interact with G protein βγ-subunits (for review see Refs. 70, 74, 315) the II-III linker regions of these two channels interact with a number of synaptic proteins (for review, see Refs. 40, 259). The domain II-III linker region of Cav3.2 interacts with Gβ2-subunits (306) and is a substrate for calmodulin-dependent protein kinase phosphorylation (299). These are but a few examples, as the list of calcium channel interacting proteins is too extensive to comprehensively review here. Nonetheless, in the context of epilepsy-associated genetic mutations, it is important to consider that their physiological effects may manifest themselves by interfering with calcium channel regulatory mechanisms, without necessarily causing alterations in the biophysical properties of the channels per se.


Анықтамалар

Catterall, W. A. Structure and regulation of voltage-gated Ca 2+ channels. Анну. Rev. Cell Dev. Биол. 16, 521–555 (2000)

Dolphin, A. C. β-subunits of voltage-gated calcium channels. J. Bioenerg. Biomembr. 35, 599–620 (2003)

Pragnell, M. et al. Calcium channel β-subunit binds to a conserved motif in the I–II cytoplasmic linker of the α1-subunit. Табиғат 368, 67–70 (1994)

Dolphin, A. C. G protein modulation of voltage-gated calcium channels. Фармакол. Аян. 55, 607–627 (2003)

Hering, S. β-Subunits: fine tuning of Ca 2+ channel block. Trends Pharmacol. Ғылым. 23, 509–513 (2002)

Bichet, D. et al. The I–II loop of the Ca 2+ channel α1 subunit contains an endoplasmic reticulum retention signal antagonized by the β subunit. Нейрон 25, 177–190 (2000)

Beguin, P. et al. Regulation of Ca 2+ channel expression at the cell surface by the small G-protein kir/Gem. Табиғат 411, 701–706 (2001)

De Waard, M., Scott, V. E., Pragnell, M. & Campbell, K. P. Identification of critical amino acids involved in α1-β interaction in voltage-dependent Ca 2+ channels. FEBS Lett. 380, 272–276 (1996)

Stotz, S. C., Hamid, J., Spaetgens, R. L., Jarvis, S. E. & Zamponi, G. W. Fast inactivation of voltage-dependent calcium channels. A hinged-lid mechanism? Дж.Биол. Химия. 275, 24575–24582 (2000)

Zhang, J. F., Ellinor, P. T., Aldrich, R. W. & Tsien, R. W. Molecular determinants of voltage-dependent inactivation in calcium channels. Табиғат 372, 97–100 (1994)

Dimitratos, S. D., Woods, D. F., Stathakis, D. G. & Bryant, P. J. Signaling pathways are focused at specialized regions of the plasma membrane by scaffolding proteins of the MAGUK family. Биоэсселер 21, 912–921 (1999)

Tavares, G. A., Panepucci, E. H. & Brunger, A. T. Structural characterization of the intramolecular interaction between the SH3 and guanylate kinase domains of PSD-95. Мол. Ұяшық 8, 1313–1325 (2001)

McGee, A. W. et al. Structure of the SH3-guanylate kinase module from PSD-95 suggests a mechanism for regulated assembly of MAGUK scaffolding proteins. Мол. Ұяшық 8, 1291–1301 (2001)

Paarmann, I., Spangenberg, O., Lavie, A. & Konrad, M. Formation of complexes between Ca 2+ .calmodulin and the synapse-associated protein SAP97 requires the SH3 domain-guanylate kinase domain-connecting HOOK region. Дж.Биол. Химия. 277, 40832–40838 (2002)

Witcher, D. R., De Waard, M., Liu, H., Pragnell, M. & Campbell, K. P. Association of native Ca 2+ channel β subunits with the α1 subunit interaction domain. Дж.Биол. Химия. 270, 18088–18093 (1995)

De Waard, M., Pragnell, M. & Campbell, K. P. Ca 2+ channel regulation by a conserved β subunit domain. Нейрон 13, 495–503 (1994)

Berrou, L., Klein, H., Bernatchez, G. & Parent, L. A specific tryptophan in the I–II linker is a key determinant of β-subunit binding and modulation in Ca(V)2.3 calcium channels. Биофиз. Дж. 83, 1429–1442 (2002)

Opatowsky, Y., Chomsky-Hecht, O., Kang, M. G., Campbell, K. P. & Hirsch, J. A. The voltage-dependent calcium channel β subunit contains two stable interacting domains. Дж.Биол. Химия. 278, 52323–52332 (2003)

Kochegarov, A. A. Pharmacological modulators of voltage-gated calcium channels and their therapeutical application. Жасушалық кальций 33, 145–162 (2003)

De Waard, M. et al. Direct binding of G-protein βγ complex to voltage-dependent calcium channels. Табиғат 385, 446–450 (1997)

Zhang, J. F., Ellinor, P. T., Aldrich, R. W. & Tsien, R. W. Multiple structural elements in voltage-dependent Ca 2+ channels support their inhibition by G proteins. Нейрон 17, 991–1003 (1996)

Qin, N., Platano, D., Olcese, R., Stefani, E. & Birnbaumer, L. Direct interaction of Gβγ with a C-terminal Gβγ-binding domain of the Ca 2+ channel α1 subunit is responsible for channel inhibition by G protein-coupled receptors. Прок. Натл Акад. Ғылым. АҚШ 94, 8866–8871 (1997)

Ivanina, T., Blumenstein, Y., Shistik, E., Barzilai, R. & Dascal, N. Modulation of L-type Ca 2+ channels by Gβγ and calmodulin via interactions with N and C termini of α1C. Дж.Биол. Химия. 275, 39846–39854 (2000)

Miyazawa, A., Fujiyoshi, Y. & Unwin, N. Structure and gating mechanism of the acetylcholine receptor pore. Табиғат 424, 949–955 (2003)

Jiang, Y. et al. The open pore conformation of potassium channels. Табиғат 417, 523–526 (2002)

Herlitze, S., Hockerman, G. H., Scheuer, T. & Catterall, W. A. Molecular determinants of inactivation and G protein modulation in the intracellular loop connecting domains I and II of the calcium channel α1A subunit. Прок. Натл Акад. Ғылым. АҚШ 94, 1512–1516 (1997)

Berrou, L., Bernatchez, G. & Parent, L. Molecular determinants of inactivation within the I–II linker of α1E (CaV2.3) calcium channels. Биофиз. Дж. 80, 215–228 (2001)

Restituito, S. et al. The β2a subunit is a molecular groom for the Ca 2+ channel inactivation gate. J. Neurosci. 20, 9046–9052 (2000)

Walker, D. et al. A new β subtype-specific interaction in α1A subunit controls P/Q-type Ca 2+ channel activation. Дж.Биол. Химия. 274, 12383–12390 (1999)

Walker, D., Bichet, D., Campbell, K. P. & De Waard, M. A β4 isoform-specific interaction site in the carboxyl-terminal region of the voltage-dependent Ca 2+ channel α1A subunit. Дж.Биол. Химия. 273, 2361–2367 (1998)


ТАЛҚАЛАУ

This is the first published study reporting an inhibitory effect of oxaliplatin on voltage-gated sodium current. As in many excitable cells, the activation of the voltage-dependent sodium current controls the rising phase of the action potential in DUM neurons (Grolleau and Lapied 2000). Oxaliplatin reduced the spike amplitude by altering voltage-dependent sodium channels. In these regards, acute oxaliplatin toxicity is thought to have neurological origin like those observed during tetrodotoxination, which was mainly based on blocking effect of TTX on the voltage-gated sodium channels (Hille 1992 Yang et al. 1996).

We have compared oxaliplatin action to those of different platinum derivatives used as cytotoxic drugs, such as cisplatin, the first available platinum derivative, generating chronic and cumulative irreversible peripheral neuropathy, and carboplatin, which is nonneurotoxic. None of them cause acute peripheral neuropathy, and none of them has been found to alter the sodium current amplitude on DUM neurons. However, the knowledge of the oxaliplatin metabolism helped us to better understand the oxaliplatin-induced neurotoxicity. Biotransformation of oxaliplatin gives two major metabolites, dach-Cl2-platin and oxalate ions (Mauldin et al. 1988 Screnci et al. 1997). Oxalate is well known, in biochemistry and toxicology, to be a strong calcium chelator and to be responsible, for instance in ethylene glycol poisonings, of tetanic spasms, and muscular hyper-excitability because it rapidly precipitates with Ca 2+ ions in various tissues (Jacobsen and McMartin 1986). Our results show that, unlike dach-Cl2-platin, oxalate is capable of producing the same inhibitory effects than those obtained with oxaliplatin or BAPTA used as pharmacological tools to immobilize Ca 2+ ions. This suggests that oxaliplatin blocks DUM neuron voltage-gated sodium channel via a chelation of calcium ions through the action of its metabolite, oxalate. In this condition, at least two mechanisms accounting for oxaliplatin neurotoxicity should be proposed: 1) calcium-sentitive voltage-gated sodium channels may exist and could be directly affected following calcium chelation by oxalate or 2) oxalate may affect indirectly the voltage-gated sodium channels through a intracellular Ca 2+ -dependent regulatory mechanism.

In conclusion, this study indicates that neuronal damage produced by oxaliplatin may result in part from the effects of this drug on voltage-gated sodium channels and chronic oxaliplatin-induced neuropathy could be the long-term consequence of its acute toxicity. On the other hand, cisplatin-induced neuropathy is classically reported to be due to a very long-term platinum retention in deep compartments, especially in neuronal tissue together with a progressive accumulation (Gamelin et al. 1995). By contrast, oxaliplatin has a completely different pharmacokinetic profile and does not accumulate in plasma with repeated chemotherapy cycles (Gamelin et al. 1997). In fact, our electrophysiological results are consistent with previous clinical observations (Lainé-Cessac et al. 1998), and immediate oxalate control could be expected to prevent some of neurological effects observed during and after oxaliplatin treatment. When Ca 2+ and Mg 2+ were infused to patients before and after oxaliplatin administration, oxaliplatin-induced acute neurotoxicity was highly reduced, becoming lower than 10% of grade 2 and 3 in 40 patients (data not shown). A national multicentric double blind trial, from the “Fondation Française de Cancérologie Digestive” is carried out, with the purpose to confirm the effect of Ca 2+ and Mg 2+ infusion for preventing acute neurotoxicity in patients treated with oxaliplatin.



Пікірлер:

  1. Nikokinos

    Мен дайынмын. In my opinion, it is actual, I will take part in discussion. Біз бірге дұрыс жауап бере аламыз. Мен сенімдімін.

  2. Valentino

    Мен сізбен толықтай келісемін. Бұл туралы бір нәрсе бар және бұл жақсы идея. Мен сені қолдауға дайынмын.

  3. Baruch

    Және иә

  4. Aleksander

    Шайтандардың әбзелдері



Хабарлама жазыңыз