Es gibt verschiedene Arten von hochspannungsgesteuerten Kalziumkanälen (HVGCCs). Sie sind strukturell homolog unter verschiedenen Typen; Sie sind alle ähnlich, aber nicht strukturell identisch. Im Labor ist es möglich, sie durch Untersuchung ihrer physiologischen Rolle und / oder Hemmung durch bestimmte Toxine zu unterscheiden. Zu den hochspannungsgesteuerten Kalziumkanälen gehören der neuronale N-Typ-Kanal, der durch ω-Conotoxin GVIA blockiert ist, der R-Typ-Kanal (R steht für Resistant to the other blockers and toxins, except SNX-482), der an schlecht definierten Prozessen im Gehirn beteiligt ist, der eng verwandte P / Q-Typ-Kanal, der durch ω-Agatoxine blockiert ist, und die Dihydropyridin-sensitiven L-Typ-Kanäle, die für die Erregungs-Kontraktions-Kopplung von Skelett-, glattem und Herzmuskel und für die Hormonsekretion in endokrinen Zellen verantwortlich sind.
| Current type | 1,4-dihydropyridine sensitivity (DHP) | ω-conotoxin sensitivity (ω-CTX) | ω-agatoxin sensitivity (ω-AGA) |
| L-type | blocks | resistant | resistant |
| N-type | resistant | blocks | resistant |
| P/Q-type | resistant | resistant | blocks |
| R-type | resistant | resistant | resistant |
Referenz für die Tabelle finden Sie bei Dunlap, Luebke and Turner (1995).
α1–Untereinheitbearbeiten
Die α1-Untereinheitspore (~ 190 kDa Molekülmasse) ist die primäre Untereinheit, die für die Kanalfunktion im HVGCC erforderlich ist, und besteht aus den charakteristischen vier homologen I-IV-Domänen, die jeweils sechs Transmembran-α-Helices enthalten. Die α1-Untereinheit bildet die Ca2 + -Selektivpore, die Spannungserfassungsmaschinen und die Arzneimittel- / Toxinbindungsstellen enthält. Insgesamt zehn α1-Untereinheiten, die beim Menschen identifiziert wurden: α1 Untereinheit enthält 4 homologe Domänen (markiert I-IV), die jeweils 6 Transmembranhelices (S1–S6) enthalten. Diese Anordnung ist analog zu einem Homo-Tetramer, das aus Einzeldomänen-Untereinheiten spannungsgesteuerter Kaliumkanäle (die ebenfalls jeweils 6 TM-Helices enthalten) besteht. Die 4-Domänen-Architektur (und mehrere wichtige regulatorische Stellen, wie die EFD- und IQ-Domäne am C-Terminus) wird auch von den spannungsgesteuerten Natriumkanälen geteilt, von denen angenommen wird, dass sie evolutionär mit VGCCs verwandt sind. Die Transmembranhelices aus den 4 Domänen reihen sich aneinander, um den eigentlichen Kanal zu bilden; Es wird angenommen, dass S5– und S6-Helices die innere Porenoberfläche auskleiden, während S1-4-Helices eine Rolle bei der Anguss- und Spannungserfassung spielen (insbesondere S4). VGCCs unterliegen einer schnellen Inaktivierung, von der angenommen wird, dass sie aus 2 Komponenten besteht: spannungsgesteuert (VGI) und kalziumgesteuert (CGI). Diese werden unterschieden, indem entweder Ba2+ oder Ca2+ als Ladungsträger in der externen Aufzeichnungslösung (in vitro) verwendet werden. Die CGI-Komponente wird der Bindung des Ca2 + -bindenden Signalproteins Calmodulin (CaM) an mindestens 1 Stelle des Kanals zugeschrieben, da Ca2 + -bindende CaM-Mutanten CGI in L-Typ-Kanälen abschaffen. Nicht alle Kanäle weisen die gleichen regulatorischen Eigenschaften auf, und die spezifischen Details dieser Mechanismen sind noch weitgehend unbekannt.
| Typ | Spannung | α1-Untereinheit (Genname) | Zugehörige Untereinheiten | Am häufigsten in |
| L-Typ-Calciumkanal („Langlebig“ auch bekannt als „DHP Rezeptor“) | HVA (hohe spannung aktiviert) | Cav1.1 (CACNA1S) Cav1.2 (CACNA1C) Cav1.3 (CACNA1D) Cav1.4 (CACNA1F) |
α2δ, β, γ | Skeletal muscle, smooth muscle, bone (osteoblasts), ventricular myocytes** (responsible for prolonged action potential in cardiac cell; also termed DHP receptors), dendrites and dendritic spines of cortical neurones |
| P-type calcium channel („Purkinje“) /Q-type calcium channel | HVA (high voltage activated) | Cav2.1 (CACNA1A) | α2δ, β, möglicherweise γ | Purkinje-Neuronen im Kleinhirn / Kleinhirngranulatzellen |
| Kalziumkanal vom N-Typ („Neuronal“/“Nicht-L“) | HVA (hochspannungsaktiviert) | Cav2.2 (CACNA1B) | α2δ/β1, β3, β4 , möglicherweise γ | Im gesamten Gehirn und peripheren Nervensystem. |
| R-Typ Calciumkanal („Residual“) | Zwischenspannung aktiviert | Cav2.3 (CACNA1E) | α2δ, β, möglicherweise γ | Kleinhirngranulatzellen, andere Neuronen |
| Kalziumkanal vom T-Typ („Transient“) | Niederspannung aktiviert | Cav3.1 (CACNA1G) Cav3.2 (CACNA1H) Cav3.3 (CACNA1I) |
Neuronen, Zellen mit Schrittmacheraktivität, Knochen (Osteozyten) |
α2δ-Untereinheitbearbeiten
Das α2δ-Gen bildet zwei Untereinheiten: α2 und δ (die beide das Produkt desselben Gens sind). Sie sind über eine Disulfidbindung miteinander verknüpft und haben zusammen ein Molekulargewicht von 170 kDa. Die α2 ist die extrazelluläre glykosylierte Untereinheit, die am meisten mit der α1-Untereinheit interagiert. Die δ-Untereinheit weist eine einzige Transmembranregion mit einem kurzen intrazellulären Anteil auf, der zur Verankerung des Proteins in der Plasmamembran dient. Es gibt 4 α2δ-Gene:
- CACNA2D1 (CACNA2D1),
- CACNA2D2 (CACNA2D2),
- (CACNA2D3),
- (CACNA2D4).
Die Koexpression des α2δ erhöht das Expressionsniveau der α1-Untereinheit und verursacht eine Zunahme der Stromamplitude, eine schnellere Aktivierungs- und Inaktivierungskinetik und eine hyperpolarisierende Verschiebung der Spannungsabhängigkeit der Inaktivierung. Einige dieser Effekte werden in Abwesenheit der Beta-Untereinheit beobachtet, während in anderen Fällen die Koexpression von Beta erforderlich ist.
Die Untereinheiten α2δ-1 und α2δ-2 sind die Bindungsstelle für Gabapentinoide. Diese Medikamentenklasse umfasst zwei Antikonvulsiva, Gabapentin (Neurontin) und Pregabalin (Lyrica), die auch bei der Behandlung chronischer neuropathischer Schmerzen eingesetzt werden. Die α2δ-Untereinheit ist neben Wirkungen auf andere Ziele auch eine Bindungsstelle des zentraldepressiven und anxiolytischen Phenibuts.
β-Untereinheitbearbeiten
Die intrazelluläre β-Untereinheit (55 kDa) ist ein intrazelluläres MAGUK-ähnliches Protein (membranassoziierte Guanylatkinase), das eine Guanylatkinase (GK) -Domäne und eine SH3-Domäne (src-Homologie 3) enthält. Die Guanylatkinase-Domäne der β-Untereinheit bindet an die α1-Untereinheit I-II cytoplasmatische Schleife und reguliert die HVGCC-Aktivität. Es sind vier Gene für die β-Untereinheit bekannt:
- CACNB1 (CACNB1),
- CACNB2 (CACNB2),
- CACNB3 (CACNB3),
- CACNB4 (CACNB4).
Es wird angenommen, dass die cytosolische β-Untereinheit eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung der endgültigen α1-Untereinheit-Konformation und deren Abgabe an die Zellmembran spielt, indem sie ein endoplasmatisches Retikulum-Retentionssignal in der α1-Untereinheit maskiert. Die endoplasmatische Retentionsbremse ist in der I–II-Schleife in der α1-Untereinheit enthalten, die maskiert wird, wenn die β-Untereinheit bindet. Daher reguliert die β-Untereinheit zunächst die Stromdichte, indem sie die Menge an α1-Untereinheit steuert, die an der Zellmembran exprimiert wird.Zusätzlich zu dieser wichtigen Rolle hat die β-Untereinheit die zusätzlichen wichtigen Funktionen, die Aktivierungs- und Inaktivierungskinetik zu regulieren und die Spannungsabhängigkeit für die Aktivierung der α1-Untereinheit zu hyperpolarisieren, so dass mehr Strom für kleinere Depolarisationen fließt. Die β-Untereinheit hat Auswirkungen auf die Kinetik des kardialen a1C in Xenopus laevis-Oozyten, die mit β-Untereinheiten koexprimiert werden. Die β-Untereinheit wirkt als wichtiger Modulator der elektrophysiologischen Eigenschaften des Kanals.
Bis vor kurzem wurde angenommen, dass die Wechselwirkung zwischen einer hochkonservierten 18-Aminosäureregion auf der α1-Untereinheit intrazellulärer Linker zwischen Domänen I und II (Alpha-Interaktionsdomäne, AID) und einer Region auf der GK-Domäne der β-Untereinheit (Alpha-Interaktionsdomäne Bindungstasche) allein verantwortlich für die regulatorischen Effekte der β-Untereinheit. Kürzlich wurde entdeckt, dass die SH3-Domäne der β-Untereinheit auch zusätzliche regulatorische Effekte auf die Kanalfunktion hat, was die Möglichkeit eröffnet, dass die β-Untereinheit mehrere regulatorische Wechselwirkungen mit der α1-Untereinheit aufweist. Darüber hinaus scheint die AID-Sequenz kein endoplasmatisches Retikulum-Retentionssignal zu enthalten, und dieses kann sich in anderen Regionen des I–II α1-Untereinheitslinkers befinden.
γ-Untereinheit
Es ist bekannt, dass die γ1-Untereinheit mit Skelettmuskel-VGCC-Komplexen assoziiert ist, aber die Beweise für andere Subtypen von Calciumkanälen sind nicht schlüssig. Die γ1-Untereinheit Glykoprotein (33 kDa) besteht aus vier transmembranspannenden Helices. Die γ1-Untereinheit beeinflusst den Menschenhandel nicht und ist zum größten Teil nicht erforderlich, um den Kanalkomplex zu regulieren. Γ2, γ3, γ4 und γ8 sind jedoch auch mit AMPA-Glutamatrezeptoren assoziiert.
Es gibt 8 Gene für Gamma-Untereinheiten:
- γ1 (CACNG1),
- γ2 (CACNG2),
- γ3 (CACNG3),
- γ4 (CACNG4),
- (CACNG5),
- (CACNG6),
- (CACNG7) und
- (CACNG8).
Muskelphysiologiebearbeiten
Wenn eine glatte Muskelzelle depolarisiert wird, führt dies zum Öffnen der spannungsgesteuerten (L-Typ) Calciumkanäle. Die Depolarisation kann durch Dehnung der Zelle, Agonistenbindung ihres G-Protein-gekoppelten Rezeptors (GPCR) oder Stimulation des autonomen Nervensystems bewirkt werden. Die Öffnung des Kalziumkanals vom L-Typ bewirkt einen Zustrom von extrazellulärem Ca2 +, das dann Calmodulin bindet. Das aktivierte Calmodulinmolekül aktiviert die Myosin-Leichtkettenkinase (MLCK), die das Myosin in dicken Filamenten phosphoryliert. Phosphoryliertes Myosin ist in der Lage, Kreuzbrücken mit dünnen Aktinfilamenten zu bilden, und die glatte Muskelfaser (d. H. Zelle) zieht sich über den Gleitfilamentmechanismus zusammen. (Siehe Referenz für eine Illustration der Signalkaskade mit L-Typ-Kalziumkanälen in glatten Muskeln).
Calciumkanäle vom L-Typ sind auch in den t-Tubuli gestreifter Muskelzellen, d. H. Skelett- und Herzmyofasern, angereichert. Wenn diese Zellen depolarisiert sind, öffnen sich die Kalziumkanäle vom L-Typ wie in der glatten Muskulatur. Im Skelettmuskel bewirkt die tatsächliche Öffnung des Kanals, der mechanisch mit einem Kalziumfreisetzungskanal (auch bekannt als Ryanodinrezeptor oder RYR) im sarkoplasmatischen Retikulum (SR) verbunden ist, eine Öffnung des RYR. Im Herzmuskel ermöglicht die Öffnung des Kalziumkanals vom L-Typ den Zustrom von Kalzium in die Zelle. Das Kalzium bindet an die Kalziumfreisetzungskanäle (RYRs) in der SR und öffnet sie; Dieses Phänomen wird als „kalziuminduzierte Kalziumfreisetzung“ oder CICR bezeichnet. Die RYRs werden jedoch entweder durch mechanisches Gating oder CICR geöffnet, Ca2 + wird aus dem SR freigesetzt und kann an Troponin C an den Aktinfilamenten binden. Die Muskeln ziehen sich dann durch den gleitenden Filamentmechanismus zusammen, was zu einer Verkürzung der Sarkomere und einer Muskelkontraktion führt.
Veränderungen der Expression während der EntwicklungBearbeiten
Früh in der Entwicklung gibt es eine hohe Expression von T-Typ-Calciumkanälen. Während der Reifung des Nervensystems wird die Expression von N- oder L-Strömen ausgeprägter. Infolgedessen exprimieren reife Neuronen mehr Kalziumkanäle, die nur aktiviert werden, wenn die Zelle signifikant depolarisiert ist. Die unterschiedlichen Expressionsniveaus von niederspannungsaktivierten (LVA) und hochspannungsaktivierten (HVA) Kanälen können ebenfalls eine wichtige Rolle bei der neuronalen Differenzierung spielen. Bei der Entwicklung von Xenopus-Spinalneuronen tragen LVA-Calciumkanäle einen spontanen Calciumübergang, der für das Neuron erforderlich sein kann, um einen gabaergen Phänotyp anzunehmen und das Auswachsen zu verarbeiten.