Ci sono diversi tipi di canali del calcio ad alta tensione-gated (HVGCCs). Sono strutturalmente omologhi tra i vari tipi; sono tutti simili, ma non strutturalmente identici. In laboratorio, è possibile distinguerli studiando i loro ruoli fisiologici e/o l’inibizione da parte di specifiche tossine. Alta tensione-gated canali del calcio di includere neurale di tipo N, canale bloccato da ω-conotossina GVIA, R-tipo di canale (R sta per Resistente all’altro bloccanti e tossine, ad eccezione di SNX-482) coinvolti nel mal definiti i processi nel cervello, strettamente correlate, P/Q-tipo di canale bloccato da ω-agatoxins, e diidropiridinico-L sensibili canali di tipo responsabile per l’accoppiamento eccitazione-contrazione di scheletrico, liscio e cardiaco muscolare e per la secrezione di ormone nelle cellule endocrine.
| 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 |
Il riferimento per la tabella può essere trovato a Dunlap, Luebke e Turner (1995).
subunità α1edit
Il poro della subunità α1 (~190 kDa in massa molecolare) è la subunità primaria necessaria per il funzionamento del canale nel HVGCC, e consiste dei caratteristici quattro domini I–IV omologhi contenenti sei α-eliche transmembrana ciascuno. La subunità α1 forma il poro selettivo Ca2+, che contiene macchinari di rilevamento della tensione e i siti di legame droga / tossina. Un totale di dieci subunità α1 che sono state identificate nell’uomo: la subunità α1 contiene 4 domini omologhi (etichettati I-IV), ciascuno contenente 6 eliche transmembrana (S1–S6). Questa disposizione è analoga a un omotramero formato da subunità a dominio singolo di canali di potassio voltaggio-dipendenti (che contengono anche ciascuna 6 eliche TM). L’architettura a 4 domini (e diversi siti normativi chiave, come il dominio EF hand e IQ al C-terminus) è condivisa anche dai canali del sodio voltage gated, che si pensa siano evolutivamente correlati ai VGCC. Le eliche transmembrane dai 4 domini si allineano fino a formare il canale corretto; Le eliche S5 e S6 sono pensate per allineare la superficie interna dei pori, mentre le eliche S1–4 hanno ruoli nel gating e nel rilevamento della tensione (S4 in particolare). I VGCC sono soggetti a inattivazione rapida, che si pensa consistano di 2 componenti: tensione-gated (VGI) e calcio-gated (CGI). Questi si distinguono utilizzando Ba2 + o Ca2 + come vettore di carica nella soluzione di registrazione esterna (in vitro). La componente CGI è attribuita al legame della calmodulina della proteina di segnalazione Ca2+-binding (CaM) ad almeno 1 sito sul canale, poiché i mutanti Ca2+-null CaM aboliscono la CGI nei canali di tipo L. Non tutti i canali presentano le stesse proprietà normative e i dettagli specifici di questi meccanismi sono ancora in gran parte sconosciuti.
| Tipo | Tensione | subunità α 1 (nome del gene) | Associati subunità | Più spesso si trovano in |
| L-tipo di canale di calcio (“Lunga Durata” AKA “DHP Recettore”) | HVA (alta tensione attivato) | 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, possibilmente γ | neuroni di Purkinje nel cervelletto / granuli Cerebellari |
| N-tipo di canale di calcio (“Neurale”/”Non L”) | HVA (alta tensione attivato) | Cav2.2 (CACNA1B) | α2δ/β1, β3, β4, possibilmente γ | Tutto il cervello e il sistema nervoso periferico. |
| Canale del calcio di tipo R (“Residuo”) | tensione intermedia attivata | Cav2.3 (CACNA1E) | α2δ, β, possibilmente γ | granuli Cerebellari, altri neuroni |
| T-tipo di canale di calcio (“Transitoria”) | bassa tensione attivato | Cav3.1 (CACNA1G) Cav3.2 (CACNA1H) Cav3.3 (CACNA1I) |
neuroni, le cellule che hanno un pacemaker attività, le ossa (osteociti) |
α2δ SubunitEdit
Il α2δ gene moduli di due subunità: α2 e δ (che sono il prodotto di un gene). Sono collegati tra loro tramite un legame disolfuro e hanno un peso molecolare combinato di 170 kDa. L’α2 è la subunità glicosilata extracellulare che interagisce maggiormente con la subunità α1. La subunità δ ha una singola regione transmembrana con una breve porzione intracellulare, che serve ad ancorare la proteina nella membrana plasmatica. Ci sono 4 geni α2δ:
- CACNA2D1 (CACNA2D1),
- CACNA2D2 (CACNA2D2),
- (CACNA2D3),
- (CACNA2D4).
La coespressione dell’α2δ aumenta il livello di espressione della subunità α1 e provoca un aumento dell’ampiezza della corrente, una cinetica di attivazione e inattivazione più rapida e uno spostamento iperpolarizzante nella dipendenza da tensione dell’inattivazione. Alcuni di questi effetti si osservano in assenza della subunità beta, mentre, in altri casi, è necessaria la co-espressione di beta.
Le subunità α2δ-1 e α2δ-2 sono il sito di legame per i gabapentinoidi. Questa classe di farmaci comprende due farmaci anticonvulsivanti, gabapentin (Neurontin) e pregabalin (Lyrica), che trovano anche uso nel trattamento del dolore neuropatico cronico. La subunità α2δ è inoltre un sito legante del phenibut centrale dell’ansiolitico e del depressivo, oltre alle azioni ad altri obiettivi.
subunità β
La subunità β intracellulare (55 kDa) è una proteina intracellulare simile a MAGUK (Guanilato Chinasi associata alla membrana) contenente un dominio guanilato chinasi (GK) e un dominio SH3 (src homology 3). Il dominio guanilato chinasi della subunità β si lega alla subunità α1 I-II ciclo citoplasmatico e regola l’attività HVGCC. Ci sono quattro geni noti per la subunità β:
- CACNB1 (CACNB1),
- CACNB2 (CACNB2),
- CACNB3 (CACNB3),
- CACNB4 (CACNB4).
Si ipotizza che la subunità β citosolica abbia un ruolo importante nello stabilizzare la conformazione finale della subunità α1 e consegnarla alla membrana cellulare dalla sua capacità di mascherare un segnale di ritenzione del reticolo endoplasmatico nella subunità α1. Il freno di ritenzione endoplasmatica è contenuto nel ciclo I–II nella subunità α1 che diventa mascherata quando la subunità β si lega. Pertanto, la subunità β funziona inizialmente per regolare la densità di corrente controllando la quantità di subunità α1 espressa nella membrana cellulare.
Oltre a questo ruolo di traffico, la subunità β ha le importanti funzioni aggiunte di regolare la cinetica di attivazione e inattivazione e iperpolarizzare la tensione-dipendenza per l’attivazione del poro della subunità α1, in modo che più corrente passi per depolarizzazioni più piccole. La subunità β ha effetti sulla cinetica dell’a1C cardiaco negli ovociti di Xenopus laevis co-espressi con subunità β. La subunità β agisce come un importante modulatore delle proprietà elettrofisiologiche del canale.
Fino a poco tempo fa, l’interazione tra una regione di 18 aminoacidi altamente conservata sul linker intracellulare della subunità α1 tra i domini I e II (il dominio di interazione alfa, AID) e una regione sul dominio GK della subunità β (Alpha Interaction Domain Binding Pocket) era ritenuta l’unica responsabile degli effetti regolatori della subunità β. Recentemente, è stato scoperto che il dominio SH3 della subunità β dà anche effetti regolatori aggiunti sulla funzione del canale, aprendo la possibilità che la subunità β abbia molteplici interazioni normative con il poro della subunità α1. Inoltre, la sequenza di AIUTO non sembra contenere un segnale di ritenzione del reticolo endoplasmatico, e questo può essere localizzato in altre regioni del linker subunità Α1 I–II.
subunità γedit
La subunità γ1 è nota per essere associata ai complessi VGCC del muscolo scheletrico, ma l’evidenza è inconcludente per quanto riguarda altri sottotipi dei canali del calcio. La glicoproteina della subunità γ1 (33 kDa) è composta da quattro eliche transmembrana. La subunità γ1 non influisce sul traffico e, per la maggior parte, non è necessaria per regolare il complesso del canale. Tuttavia, γ2, γ3, γ4 e γ8 sono anche associati ai recettori del glutammato AMPA.
Ci sono 8 geni per le subunità gamma:
- γ1 (CACNG1),
- γ2 (CACNG2),
- γ3 (CACNG3),
- γ4 (CACNG4),
- (CACNG5),
- (CACNG6),
- (CACNG7), e
- (CACNG8).
Fisiologia muscolaremodifica
Quando una cellula muscolare liscia viene depolarizzata, provoca l’apertura dei canali del calcio voltaggio-dipendenti (tipo L). La depolarizzazione può essere causata dallo stiramento della cellula, dal legame agonista del recettore accoppiato alla proteina G (GPCR) o dalla stimolazione del sistema nervoso autonomo. L’apertura del canale del calcio di tipo L provoca l’afflusso di Ca2 + extracellulare, che quindi lega la calmodulina. La molecola di calmodulina attivata attiva la chinasi a catena leggera della miosina (MLCK), che fosforila la miosina in filamenti spessi. La miosina fosforilata è in grado di formare ponti incrociati con filamenti sottili di actina e la fibra muscolare liscia (cioè la cellula) si contrae tramite il meccanismo del filamento scorrevole. (Vedi riferimento per un’illustrazione della cascata di segnalazione che coinvolge i canali del calcio di tipo L nella muscolatura liscia).
I canali del calcio di tipo L sono anche arricchiti nei tubuli t delle cellule muscolari striate, cioè miofibre scheletriche e cardiache. Quando queste cellule sono depolarizzate, i canali del calcio di tipo L si aprono come nella muscolatura liscia. Nel muscolo scheletrico, l’apertura effettiva del canale, che è meccanicamente gated ad un canale di rilascio di calcio (a.k. a. recettore ryanodine, o RYR) nel reticolo sarcoplasmatico (SR), provoca l’apertura del RYR. Nel muscolo cardiaco, l’apertura del canale del calcio di tipo L consente l’afflusso di calcio nella cellula. Il calcio si lega ai canali di rilascio del calcio (RYRs) nel SR, aprendoli; questo fenomeno è chiamato “rilascio di calcio indotto dal calcio”, o CICR. Tuttavia i RYRs sono aperti, tramite gating meccanico o CICR, Ca2 + viene rilasciato dalla SR ed è in grado di legarsi alla troponina C sui filamenti di actina. I muscoli si contraggono quindi attraverso il meccanismo del filamento scorrevole, causando l’accorciamento dei sarcomeri e la contrazione muscolare.
Cambiamenti nell’espressione durante lo sviluppomodifica
All’inizio dello sviluppo, c’è un’alta quantità di espressione dei canali del calcio di tipo T. Durante la maturazione del sistema nervoso, l’espressione delle correnti di tipo N o L diventa più prominente. Di conseguenza, i neuroni maturi esprimono più canali del calcio che verranno attivati solo quando la cellula viene significativamente depolarizzata. I diversi livelli di espressione dei canali attivati a bassa tensione (LVA) e ad alta tensione (HVA) possono anche svolgere un ruolo importante nella differenziazione neuronale. Nello sviluppo dei neuroni spinali di Xenopus i canali del calcio LVA portano un transitorio spontaneo del calcio che può essere necessario affinchè il neurone adotti un fenotipo GABAergic come pure l’escrescenza trattata.