Hay varios tipos diferentes de canales de calcio controlados por voltaje (HVGCC). Son estructuralmente homólogas entre diferentes tipos; todas son similares, pero no idénticas estructuralmente. En el laboratorio, es posible distinguirlos estudiando sus funciones fisiológicas y / o inhibición por toxinas específicas. Los canales de calcio de alto voltaje incluyen el canal neural de tipo N bloqueado por la conotoxina ω GVIA, el canal de tipo R (R significa Resistente a otros bloqueadores y toxinas, excepto SNX-482) involucrado en procesos mal definidos en el cerebro, el canal de tipo P/Q estrechamente relacionado bloqueado por las agatoxinas ω, y los canales de tipo L sensibles a la dihidropiridina responsables del acoplamiento de excitación y contracción del músculo esquelético, liso y cardíaco y de la secreción de hormonas en las células endocrinas.
| 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 |
La referencia para la tabla se puede encontrar en Dunlap, Luebke and Turner (1995).
subunidad α1editar
El poro de la subunidad α1 (~190 kDa en masa molecular) es la subunidad primaria necesaria para el funcionamiento del canal en el HVGCC, y consiste en los cuatro dominios homólogos I–IV característicos que contienen seis hélices α transmembrana cada uno. La subunidad α1 forma el poro selectivo Ca2+, que contiene maquinaria de detección de voltaje y los sitios de unión de drogas/toxinas. Un total de diez subunidades α1 que se han identificado en humanos: la subunidad α1 contiene 4 dominios homólogos (etiquetados I-IV), cada uno con 6 hélices transmembranas (S1–S6). Esta disposición es análoga a un homo-tetrámero formado por subunidades de un solo dominio de canales de potasio controlados por voltaje (que también contienen hélices de 6 TM). La arquitectura de 4 dominios (y varios sitios regulatorios clave, como el dominio EF hand e IQ en el terminal C) también es compartida por los canales de sodio controlados por voltaje, que se cree que están relacionados evolutivamente con VGCCs. Las hélices transmembrana de los 4 dominios se alinean para formar el canal adecuado; Se cree que las hélices S5 y S6 alinean la superficie de los poros internos, mientras que las hélices S1–4 tienen funciones en la apertura y detección de voltaje (S4 en particular). Los VGCC están sujetos a una rápida inactivación, que se cree que consta de 2 componentes: dependientes de voltaje (VGI) y dependientes de calcio (CGI). Estos se distinguen mediante el uso de Ba2+ o Ca2+ como portador de carga en la solución de grabación externa (in vitro). El componente CGI se atribuye a la unión de la proteína de señalización de unión a Ca2+calmodulina (CaM) a al menos 1 sitio en el canal, ya que los mutantes CaM nulos de Ca2+eliminan el CGI en los canales de tipo L. No todos los canales exhiben las mismas propiedades reguladoras y los detalles específicos de estos mecanismos siguen siendo en gran medida desconocidos.
| Tipo | Voltaje | subunidad α1 (nombre del gen) | Subunidades asociadas | Que se encuentran con mayor frecuencia en |
| Canal de calcio de tipo L («De larga duración» TAMBIÉN CONOCIDO como «Receptor DHP») | HVA (activado de alto voltaje) | 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, posiblemente γ | Neuronas de Purkinje en el cerebelo / células granulares cerebelosas |
| Canal de calcio de tipo N («Neuronal»/»No L») | HVA (activado de alto voltaje) | Cav2.2 (CACNA1B) | α2δ/β1, β3, β4, posiblemente γ | En todo el cerebro y el sistema nervioso periférico. |
| Canal de calcio tipo R («Residual») | voltaje intermedio activado | Cav2.3 (CACNA1E) | α2δ, β, posiblemente γ | Células granulares cerebelosas, otras neuronas |
| Canal de calcio tipo T («Transitorio») | activado de bajo voltaje | Cav3.1 (CACNA1G) Cav3.2 (CACNA1H) Cav3.3 (CACNA1I) |
neuronas, células con actividad marcapasos, huesos (osteocitos) |
subunidad α2δeditar
El gen α2δ forma dos subunidades: α2 y δ (que son ambos el producto del mismo gen). Están unidos entre sí a través de un enlace disulfuro y tienen un peso molecular combinado de 170 kDa. La α2 es la subunidad glicosilada extracelular que interactúa más con la subunidad α1. La subunidad δ tiene una única región transmembrana con una porción intracelular corta, que sirve para anclar la proteína en la membrana plasmática. Hay 4 α2δ genes:
- CACNA2D1 (CACNA2D1),
- CACNA2D2 (CACNA2D2),
- (CACNA2D3),
- (CACNA2D4).
La coexpresión de α2δ mejora el nivel de expresión de la subunidad α1 y causa un aumento de la amplitud de corriente, una cinética de activación e inactivación más rápida y un cambio hiperpolarizante en la dependencia de voltaje de la inactivación. Algunos de estos efectos se observan en ausencia de la subunidad beta, mientras que, en otros casos, se requiere la coexpresión de beta.
Las subunidades α2δ-1 y α2δ-2 son el sitio de unión de los gabapentinoides. Esta clase de medicamentos incluye dos medicamentos anticonvulsivos, gabapentina (Neurontin) y pregabalina (Lyrica), que también se usan para tratar el dolor neuropático crónico. La subunidad α2δ también es un sitio de unión del fenibut depresor central y ansiolítico, además de las acciones en otros objetivos.
subunidad βeditar
La subunidad β intracelular (55 kDa) es una proteína intracelular tipo MAGUK (Guanilato quinasa Asociada a membrana) que contiene un dominio de guanilato quinasa (GK) y un dominio SH3 (homología 3 de src). El dominio guanilato quinasa de la subunidad β se une al asa citoplasmática de la subunidad α1 I-II y regula la actividad de HVGCC. Hay cuatro genes conocidos para la subunidad β:
- CACNB1 (CACNB1),
- CACNB2 (CACNB2),
- CACNB3 (CACNB3),
- CACNB4 (CACNB4).
Se plantea la hipótesis de que la subunidad β citosólica tiene un papel importante en la estabilización de la conformación final de la subunidad α1 y en su entrega a la membrana celular por su capacidad de enmascarar una señal de retención del retículo endoplásmico en la subunidad α1. El freno de retención endoplásmico está contenido en el bucle I–II en la subunidad α1 que se enmascara cuando la subunidad β se une. Por lo tanto, la subunidad β funciona inicialmente para regular la densidad de corriente mediante el control de la cantidad de subunidad α1 expresada en la membrana celular.
Además de este papel de tráfico, la subunidad β tiene las funciones importantes adicionales de regular la cinética de activación e inactivación, e hiperpolarizar la dependencia de voltaje para la activación del poro de la subunidad α1, de modo que pasa más corriente para despolarizaciones más pequeñas. La subunidad β tiene efectos sobre la cinética del a1C cardíaco en ovocitos Xenopus laevis coexpresados con subunidades β. La subunidad β actúa como un importante modulador de las propiedades electrofisiológicas del canal.
Hasta hace muy poco, la interacción entre una región de 18 aminoácidos altamente conservada en el enlazador intracelular de la subunidad α1 entre los dominios I y II (el Dominio de Interacción Alfa, AID) y una región en el dominio GK de la subunidad β (Bolsa de Unión del Dominio de Interacción Alfa) se pensaba que era la única responsable de los efectos reguladores de la subunidad β. Recientemente, se ha descubierto que el dominio SH3 de la subunidad β también da efectos reguladores adicionales en la función del canal, abriendo la posibilidad de que la subunidad β tenga múltiples interacciones reguladoras con el poro de la subunidad α1. Además, la secuencia de AYUDA no parece contener una señal de retención del retículo endoplásmico, y esta puede estar ubicada en otras regiones del enlazador de subunidades I–II α1.
subunidad γeditar
Se sabe que la subunidad γ1 está asociada con complejos VGCC del músculo esquelético, pero la evidencia no es concluyente con respecto a otros subtipos de canal de calcio. La subunidad γ1 de la glicoproteína (33 kDa) está compuesta por cuatro hélices de expansión transmembrana. La subunidad γ1 no afecta al tráfico y, en su mayor parte, no es necesaria para regular el complejo de canales. Sin embargo, γ2, γ3, γ4 y γ8 también están asociados con los receptores de glutamato AMPA.
Hay 8 genes para subunidades gamma:
- γ1 (CACNG1),
- γ2 (CACNG2),
- γ3 (CACNG3),
- γ4 (CACNG4),
- (CACNG5),
- (CACNG6),
- (CACNG7), y
- (CACNG8).
Fisiología muscularedItar
Cuando una célula muscular lisa se despolariza, provoca la apertura de los canales de calcio dependientes de voltaje (tipo L). La despolarización puede ser provocada por el estiramiento de la célula, la unión a agonistas de su receptor acoplado a proteínas G (GPCR) o la estimulación del sistema nervioso autónomo. La apertura del canal de calcio de tipo L causa la afluencia de Ca2 + extracelular, que luego se une a la calmodulina. La molécula de calmodulina activada activa la cinasa de cadena ligera de miosina (MLCK), que fosforila la miosina en filamentos gruesos. La miosina fosforilada es capaz de formar puentes cruzados con filamentos finos de actina, y la fibra de músculo liso (es decir, la célula) se contrae a través del mecanismo de filamento deslizante. (Vea la referencia para una ilustración de la cascada de señalización que involucra canales de calcio de tipo L en el músculo liso).
Los canales de calcio de tipo L también se enriquecen en los túbulos t de las células musculares estriadas, es decir, las miofibras esqueléticas y cardíacas. Cuando estas células se despolarizan, los canales de calcio de tipo L se abren como en el músculo liso. En el músculo esquelético, la apertura real del canal, que está cerrado mecánicamente a un canal de liberación de calcio (también conocido como receptor de rianodina, o RYR) en el retículo sarcoplásmico (SR), causa la apertura del RYR. En el músculo cardíaco, la apertura del canal de calcio de tipo L permite la entrada de calcio a la célula. El calcio se une a los canales de liberación de calcio (RYRs) en el SR, abriéndolos; este fenómeno se denomina «liberación de calcio inducida por calcio», o CICR. Sin embargo, los RYRs se abren, ya sea a través de compuertas mecánicas o CICR, Ca2+ se libera desde el SR y es capaz de unirse a la troponina C en los filamentos de actina. Los músculos se contraen a través del mecanismo de filamento deslizante, causando el acortamiento de los sarcómeros y la contracción muscular.
Cambios en la expresión durante el desarrolloEditar
Al comienzo del desarrollo, hay una alta cantidad de expresión de canales de calcio tipo T. Durante la maduración del sistema nervioso, la expresión de corrientes de tipo N o L se vuelve más prominente. Como resultado, las neuronas maduras expresan más canales de calcio que solo se activarán cuando la célula esté significativamente despolarizada. Los diferentes niveles de expresión de los canales activados de bajo voltaje (LVA) y de alto voltaje (HVA) también pueden desempeñar un papel importante en la diferenciación neuronal. En el desarrollo de las neuronas espinales de Xenopus, los canales de calcio del LVA llevan un transitorio de calcio espontáneo que puede ser necesario para que la neurona adopte un fenotipo gabaérgico, así como para procesar el crecimiento.