Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tính chọn lọc natri/canxi của các kênh canxi loại T đã được nhân bản
Tóm tắt
Chúng tôi đã nghiên cứu những nét đặc trưng của tính thẩm thấu liên quan đến các cation ngoại bào chính, Na+ và Ca2+, của các kênh canxi ngưỡng thấp (LTCCs) ba kiểu hình đã được nhân bản, Cav3.1 (α1G), Cav3.2 (α1H), và Cav3.3 (α1I), được biểu hiện chức năng trong tế bào trứng Xenopus. Trong dung dịch không chứa canxi, với 100 mM Na+ và 5 mM đệm EGTA để chelat canxi (để loại bỏ nồng độ Ca2+ còn lại), chúng tôi quan sát thấy dòng điện tích hợp đáng kể với động học suy giảm đặc trưng của LTCCs, được xác định bởi các điện thế hồi phục là −10 ± 1, −12 ± 1, và −18 ± 2 mV, tương ứng cho các kênh Cav3.1, Cav3.2, và Cav3.3. Sự hiện diện của Ca2+ trong dung dịch ngoại bào đã tác động một cách mơ hồ đến các dòng điện được nghiên cứu. Một mặt, Ca2+ đã chặn hiệu quả dòng điện của các cation đơn trị qua các LTCCs đã được nhân bản (K
d = 2, 10, và 18 µM cho dòng điện qua các kênh Cav3.1, Cav3.2, và Cav3.3, tương ứng). Mặt khác, ở nồng độ từ 1 đến 100 mM, Ca2+ tự nó hoạt động như một chất mang của dòng điện hướng vào. Mặc dù dòng điện canxi đạt mức bão hòa trong sự hiện diện của 5 mM Ca2+ trong dung dịch bên ngoài, Na+ ngoại bào vẫn ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của các kênh này ngay cả khi có 10 mM Ca2+. Các kênh Cav3.3 có tính thẩm thấu cao hơn đối với Na+ (P
Ca/P
Na ∼ 21) so với Cav3.1 và Cav3.2 (P
Ca/P
Na ∼ 66). Nhìn chung, dữ liệu của chúng tôi cho thấy rằng các LTCCs đã được nhân bản tạo ra các lỗ chọn lọc đa ion Ca2+, vì các ion này có ái lực cao đối với một số vị trí gắn kết nhất định. Các cation đơn trị có mặt cùng với Ca2+ trong dung dịch bên ngoài điều chỉnh tính thẩm thấu canxi của những kênh này. Trong số các kiểu hình đã được đề cập ở trên, các kênh Cav3.3 cho thấy tính chọn lọc tối thiểu đối với Ca2+ và là kênh có tính thẩm thấu cao nhất đối với các cation đơn trị.
Từ khóa
#kênh canxi #loại T #thẩm thấu #cation ngoại bào #tính chọn lọcTài liệu tham khảo
W. A. Sather and E. W. McCleskey, “Permeation and selectivity in calcium channels,” Annu. Rev. Physiol., 65, 133–159 (2003).
P. G. Kostyuk, S. L. Mironov, and Y. M. Shuba, “Two ion-selecting filters in the calcium channel of the somatic membrane of mollusc neurons,” J. Membr. Biol., 76, 83–93 (1983).
P. Hess and R. W. Tsien, “Mechanism of ion permeation through calcium channels,” Nature, 309, No. 5967, 453–456 (1984).
P. Hess, J. B. Lansman, and R. W. Tsien, “Calcium channel selectivity for divalent and monovalent cations. Voltage and concentration dependence of single channel current in ventricular heart cells,” J. Gen. Physiol., 88, No. 3, 293–319 (1986).
H. Matsuda and A. Noma, “Isolation of calcium current and its sensitivity to monovalent cations in dialysed ventricular cells of guinea-pig,” J. Physiol., 357, 553–573 (1984).
R. W. Tsien, P. T. Ellinor, and W. A. Horne, “Molecular diversity of voltage-dependent Ca2+ channels,” Trends Pharmacol. Sci., 12, 349–354 (1991).
E. Perez-Reyes, “Molecular physiology of low-voltage-activated T-type calcium channel,” Physiol. Rev., 83, 117–161 (2003).
A. M. Yunker and M. W. McEnery, “Low-voltage-activated (’T-Type’) calcium channels in review,” J. Bioenerg. Biomembr., 35, No. 6, 533–575 (2003).
J. R. Huguenard and D. A. Prince, “A novel T-type current underlies prolonged Ca2+-dependent burst firing in GABAergic neurons of rat thalamic reticular nucleus,” J. Neurosci., 12, No. 10, 3804–3817 (1992).
A. N. Tarasenko, P. G. Kostyuk, A. V. Eremin, et al., “Two types of low-voltage-activated Ca2+ channels in neurones of rat laterodorsal thalamic nucleus,” J. Physiol., 499, Part 1, 77–86 (1997).
J. R. Huguenard, “Low-threshold calcium currents in central nervous system neurons,” Annu. Rev. Physiol., 58, 329–348 (1996).
E. Perez-Reyes, L. L. Cribbs, A. Daud, et al., “Molecular characterization of a neuronal low-voltage-activated T-type calcium channel,” Nature, 391, No. 6670, 896–900 (1998).
E. A. Ertel, M. M. Harpold, F. Hofmann, et al., “Nomenclature of voltage-gated calcium channels, ” Neuron, 25, No. 3, 533–535 (2000).
J. H. Lee, J. C. Gomora, L. L. Cribbs, et al., “Nickel block of three cloned T-type calcium channels: low concentrations selectively block alpha1H,” Biophys. J., 77, No. 6, 3034–3042 (1999).
A. K. Shcheglovitov, A. I. Boldyrev, O. P. Lyubnova, et al., “Peculiarities of selectivity of three subtypes of low-threshold T-type calcium channels,” Neurophysiology, 37, No. 4, 277–286 (2005).
Y. M. Shuba, V. I. Teslenko, A. N. Savchenko, et al., “The effect of permeant ions on single calcium channel activation in mouse neuroblastoma cells: ion-channel interaction,” J. Physiol., 443, 25–44 (1991).
A. K. Sheglovitov, T. I. Zhelay, A. P. Kondratskii, et al., “Comparative analysis of the mechanisms underlying nifedipine-induced blockade of three subtypes of T-type Ca2+ channels,” Neurophysiology, 36, No 2, 93–101 (2004).
K. Jean, G. Bernatchez, H. Klein, et al., “Role of aspartate residues in Ca2+ affinity and permeation of the distal ECaC1,” Am. J. Physiol. Cell Physiol., 282, 665–672 (2002).
I. Favre, E. Moczydlowski, and L. Schild, “On the structural basis for ionic selectivity among Na+, K+, and Ca2+ in the voltage-gated sodium channel,” Biophys. J., 71, No. 6, 3110–3125 (1996).
P. G. Kostyuk and O. A. Krishtal, “Effects of calcium and calcium-chelating agents on the inward and outward current in the membrane of mollusc neurons,” J. Physiol., 270, No. 3, 569–580 (1977).
J. Yang, P. T. Ellinor, W. A. Sather, et al., “Molecular determinants of Ca2+ selectivity and ion permeation in L-type Ca2+ channels,” Nature, 366, No. 6451, 158–161 (1993).
Y. Fukushima and N. Hagiwara, “Currents carried by monovalent cations through calcium channels in mouse neoplastic B lymphocytes,” J. Physiol., 358, 255–284 (1985).
H. D. Lux, E. Carbone, and H. Zucker, “Na+ currents through low-voltage-activated Ca2+ channels of chick sensory neurones: block by external Ca2+ and Mg2+,” J. Physiol., 430, 159–188 (1990).
N. Dascal, T. P. Snutch, H. Lubbert, et al., “Expression and modulation of voltage-gated calcium channels after RNA injection in Xenopus oocytes,” Science, 231, No. 4742, 1147–1150 (1986).
A. Fabiato and F. Fabiato, “Calculator programs for computing the composition of the solutions containing multiple metals and ligands used for experiments in skinned muscle cells,” J. physiol., 75, No. 5, 463–505 (1979).
B. Hille, “The superfamily of voltage-gated channels,” in: Ion Channels of Excitable Membranes, Sinauer Assoc. Inc., Sunderland (2001), pp. 61–92.
P. T. Ellinor, J. Yang, W. A. Sather, et al., “Ca2+ channel selectivity at a single locus for high-affinity Ca2+ interactions,” Neuron, 15, No. 5, 1121–1132 (1995).
W. Almers, E. W. McCleskey, and P. T. Palade, “A non-selective cation conductance in frog muscle membrane blocked by micromolar external calcium ions,” J. Physiol., 353, 565–583 (1984).
L. Polo-Parada and S. J. Korn, “Block of N-type calcium channels in chick sensory neurons by external sodium,” J. Gen. Physiol., 109, No. 6, 693–702 (1997).
N. Yamashita, S. Ciani, and S. Hagiwara, “Effects of internal Na+ on the Ca2+ channel outward current in mouse neoplastic B lymphocytes,” J. Gen. Physiol., 96, No. 3, 559–579 (1990).
B. P. Delisle and J. Satin, “Monovalent cations contribute to T-type calcium channel (Cav3.1 and Cav3.2) selectivity,” J. Membrane Biol., 193, No. 3, 185–194 (2003).
S. H. Heinemann, H. Terlau, W. Stuhmer, et al., “Calcium channel characteristics conferred on the sodium channel by single mutations,” Nature, 356, No. 6368, 441–443 (1992).
C. C. Kuo and P. Hess, “Ion permeation through the L-type Ca2+ channel in rat phaeochromocytoma cells: two sets of ion-binding sites in the pore,” J. Physiol., 466, 629–655 (1993).
W. Almers and E. W. McCleskey, “Non-selective conductance in calcium channels of frog muscle: calcium selectivity in a single-file pore,” J. Physiol., 353, 585–608 (1984).
R. W. Tsien, P. Hess, E. W. McCleskey, et al., “Calcium channels: mechanisms of selectivity, permeation and block,” Annu. Rev. Biophys. Chem., 16, 265–290 (1987).
K. Talavera, M. Staes, A. Janssens, et al., “Aspartate residues of the Glu-Glu-Asp-Asp (EEDD) pore locus control selectivity and permeation of the T-type Ca2+ channel alpha(1G),” J. Biol. Chem., 276, No. 49, 45628–45635 (2001).
J. J. Falke, S. K. Drake, A. L. Hazard, et al., “Molecular tuning of ion binding to calcium signalling proteins,” Quart. Rev. Biophys., 27, No. 3, 219–290 (1994).
Z. P. Feng, J. Hamid, C. Doering, et al., “Amino acid residues outside of the pore region contribute to N-type calcium channel permeation,” J. Biol. Chem., 276, No. 8, 5726–5730 (2001).
X. H. Chen, I. Bezprozvanny, and R. W. Tsien, “Molecular basis of proton block of L-type Ca2+ channels,” J. Gen. Physiol., 108, No. 5, 363–374 (1996).