Chloridové kanály | Anne Marie

přehled: chloridové kanály jsou funkčně a strukturálně různorodá skupina aniontově selektivních kanálů zapojených do procesů, včetně regulace excitability neuronů, kosterního, srdečního a hladkého svalstva, regulace objemu buněk, transportu transepiteliálních solí, okyselení vnitřních a extracelulárních kompartmentů, buněčného cyklu a apoptózy (Recenzováno Niliusem a Droogmansem, 2003). S výjimkou receptorů GABA a glycinu řízených vysílačem (viz samostatné tabulky) lze dobře charakterizované chloridové kanály klasifikovat jako určité členy podčeledi ClC citlivé na napětí, kanály aktivované vápníkem, kanály s vysokou (maxi) vodivostí, transmembránový regulátor vodivosti cystické fibrózy (CFTR) a kanály regulované objemem (Verkman a Galietta, 2009). Neexistuje žádné oficiální doporučení týkající se klasifikace chloridových kanálů. Jsou uvedeny funkční chloridové kanály, které byly klonovány nebo charakterizovány uvnitř savčích tkání.

ClC-rodina: savčí ClC rodina (Recenzováno Niliusem a Droogmansem, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) obsahuje devět členů, kteří spadají do tří skupin; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) a hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3 až ClC-5 a ClC-6 a -7. ClC-1 a ClC-2 jsou plazmatické membránové chloridové kanály, stejně jako ClC-Ka a ClC-Kb (převážně exprimované v ledvinách), pokud jsou spojeny s barttinem (ENSG00000162399), 320 aminokyselinovým 2TM proteinem (Estévez et al., 2001). Lokalizace CIC-3, ClC-4 a ClC-5 bude pravděpodobně převážně intracelulární a nedávné zprávy naznačují, že ClC-4, ClC-5 a ClC-7 (a odvozením ClC-3 a ClC-6) fungují spíše jako antiportéry Cl-/H+ než klasické Cl – kanály (Picollo a Pusch, 2005; Scheel a kol., 2005; Graves et al., 2008; Recenzováno Millerem, 2006; Pusch et al., 2006). Bylo prokázáno intracelulární umístění pro ClC-6 a ClC-7(Recenzováno Jentschem, 2008). Alternativní sestřih zvyšuje strukturální rozmanitost v rámci rodiny ClC. Krystalová struktura dvou bakteriálních ClC kanálů byla popsána (Dutzler et al., 2002). Každá podjednotka ClC se složitou topologií 18 intramembránových segmentů přispívá jedním pórem k dimerickému kanálu ClC s dvojitou hlavicí, který obsahuje dva nezávisle uzavřené póry, což potvrzuje předpovědi předchozích funkčních a strukturálních výzkumů (Recenzováno Chen, 2005; Pusch et al. , 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Jak bylo zjištěno pro ClC-4, ClC-5 a ClC-7, prokaryotický ClC homolog (ClC-ec1) funguje spíše jako H+/Cl – antiporter než jako iontový kanál (Accardi a Miller, 2004).

ClC kanály zobrazují permeabilitu sekvence Cl – > Br – > I – (při fyziologickém pH); pro ClC-3 I – > Cl – bylo také nárokováno. ClC-1 má významnou pravděpodobnost otevření při klidovém membránovém potenciálu, což představuje 75% membránové vodivosti v klidu v kosterním svalu a je důležité pro stabilizaci membránového potenciálu. S-(-) CPP, a-9-C a kyselina niflumová působí intracelulárně a vykazují silně napěťově závislý blok se silnou inhibicí při záporném napětí a úlevou bloku při depolarizovaných potenciálech (Liantonio et al ., 2007 a Recenzováno Pusch et al., 2002). Inhibice ClC-2 peptidem GaTx2 z jedu Leiurus quinquestriatus herbereus se pravděpodobně vyskytne spíše inhibicí kanálu, než přímou blokádou otevřeného kanálu (Thompson et al ., 2009). Ačkoli ClC-2 může být aktivován otokem buněk, neodpovídá aniontovému kanálu regulovanému objemem (VRAC) (viz níže). Alternativní potenciální fyziologické funkce pro ClC-2 jsou přezkoumávány Planells-Cases a Jentsch (2009). Funkční exprese lidského ClC-Ka a ClC-Kb vyžaduje přítomnost barttinu (Estévez et al., 2001; Scholl a kol., 2006). Homolog hlodavců (ClC-K1) ClC-Ka vykazuje omezenou expresi jako homomer, ale jeho funkce je vylepšena barttinem, který zvyšuje pravděpodobnost otevření kanálu ve fyziologickém rozsahu potenciálů a jednokanálovou vodivost (Estévez et al., 2001; Scholl a kol., 2006). ClC-Ka je přibližně pětinásobně až šestinásobně citlivější na blokování 3-fenyl-CPP a DIDS než ClC-Kb, zatímco nově syntetizované deriváty benzofuranu vykazovaly stejnou blokovací afinitu (<10 µM)na obou IZOFORMÁCH CLC-k (Liantonio et al ., 2008). Biofyzikální a farmakologické vlastnosti ClC-3 a vztah proteinu k endogennímu VRAC (viz Guan et al., 2006; Alekov a Fahlke, 2008) jsou kontroverzní a dále komplikované možností, že ClC-3 může fungovat jako výměník Cl-/H+ a iontový kanál (Picollo a Pusch, 2005; Wang et al. , 2006; Alekov a Fahlke, 2008). Tabulkové funkční vlastnosti jsou ty, které jsou nejvíce konzistentní s úzkým strukturálním vztahem mezi ClC-3, ClC-4 a ClC-5. Aktivace heterologně exprimovaného ClC-3 otokem buněk v reakci na hypotonické roztoky je sporná, stejně jako mnoho dalších aspektů její regulace. CIC-4 může pracovat ve dvou dopravních režimech: režim skluzu, ve kterém se chová jako iontový kanál, a režim výměníku, ve kterém je jednotková přepravní rychlost 10krát nižší (Alekov a Fahlke, 2009). ClC-7 se spojuje s β podjednotkou, Ostm1, která zvyšuje stabilitu první (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, 12TM, protein typu ABC, je cl-kanál epiteliálních buněk regulovaný cAMP, který se podílí na normálním transportu tekutin přes různé epitely. Deleční mutant, ΔF508) má za následek zhoršený obchod s CFTR a snižuje jeho inkorporaci do plazmatické membrány způsobující cystickou fibrózu. Kanály nesoucí mutaci ΔF508, které přenášejí plazmatickou membránu, vykazují defekty brány. Kromě toho, že působí jako aniontový kanál sám o sobě, může CFTR působit jako regulátor několika dalších vodivostí, včetně inhibice epiteliálního kanálu Na (ENaC), chloridových kanálů aktivovaných vápníkem (CaCC) a VRAC, aktivace vnějšího rektifikačního chloridového kanálu (ORCC) a zvýšení citlivosti sulfonylurey na renální vnější medulární draselný kanál (ROMK2) (přezkoumáno Niliusem a Droogmansem, 2003). CFTR také reguluje TRPV4, který poskytuje signál Ca2+ pro snížení regulačního objemu (RVD) v epitelu dýchacích cest (Arniges et al., 2004). Aktivity CFTR a chlorid-bikarbonátové výměníky SLC26A3 (DRA) a SLC26A6 (PAT1) jsou vzájemně posíleny fyzickou asociací mezi regulační (R) doménou CFTR a doménou STAS transportérů SCL26, což je účinek usnadněný fosforylací R domény CFTR zprostředkovanou PKA (Ko et al., 2004).

Korektorové sloučeniny, které napomáhají skládání ΔF508CFTR za účelem zvýšení množství proteinu exprimovaného a potenciálně dodaného na povrch buňky, zahrnují VX-532 (který je také potenciátorem), Corr-3a a Corr-4a. Inhibice CFTR intracelulární aplikací peptidu GaTx1 z jedu Leiurus quinquestriatus herbereus nastává přednostně pro uzavřený stav kanálu (Fuller et al ., 2007). CFTR obsahuje dvě cytoplazmatické nukleotidové vazebné domény (NBDs), které váží ATP. Předpokládá se, že jeden cyklus otevírání a zavírání zahrnuje, v pořadí: vazba ATP na n-terminálu NBD1, vazba ATP na C-terminál NBD2 vedoucí k vytvoření intramolekulárního dimeru NBD1-NBD2 spojeného s otevřeným stavem a následná hydrolýza ATP na NBD2 usnadňující disociaci dimeru a uzavření kanálu a zahájení nového hradlového cyklu (Aleksandrov et al., 2007; Muallem and Vergani, 2009). Fosforylace PKA v místech v cytoplazmatické regulační (R) doméně usnadňuje interakci dvou NBD domén. PKC (a PKGII ve střevních epiteliálních buňkách prostřednictvím tvorby cGMP stimulované guanylinem) pozitivně regulují aktivitu CFTR.

Kalciem aktivovaný chloridový kanál: chloridové kanály aktivované intracelulárním vápníkem (CaCC)jsou široce exprimovány ve excitovatelných a nevyzpytatelných buňkách, kde vykonávají různé funkce (Hartzell et al ., 2005). Molekulární povaha CaCC je nejasná, protože oba geny CLCA a nejlepší geny byly považovány za pravděpodobné kandidáty (Loewen a Forsythe, 2005; Hartzell et al. , 2008). Nyní se uznává, že produkty exprese CLCA pravděpodobně netvoří kanály samy o sobě a pravděpodobně fungují jako buněčné adhezní proteiny nebo jsou vylučovány (Patel et al., 2009). Bestrofiny kódované geny hbest1-4 mají topologii více konzistentní s iontovými kanály (viz Hartzell et al ., 2008) a tvoří chloridové kanály, které jsou aktivovány fyziologickými koncentracemi Ca2+, ale zda je taková aktivace přímá, není známo (Hartzell et al ., 2008). Proudy generované nejlepší nadměrnou expresí se však nepodobají přirozeným proudům CaCC. Nedávno byla identifikována nová genová rodina TMEM16 (anoktamin-1), která produkuje Cl-proudy aktivované Ca2+s kinetikou podobnou nativním proudům CaCC zaznamenaným z různých typů buněk (Caputo et al ., 2008; Schroeder a kol., 2008; Yang a kol., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). Knockout TMEM16 ruší CaCC v několika epiteliálních tkáních (Yang et al., 2008)

blokáda ICl (Ca) kyselinou niflumovou, DIDS a 9-AC je závislá na napětí, zatímco blok NPPB je nezávislý na napětí (Hartzell et al., 2005). Extracelulární kyselina niflumová, DCDPC A a-9-C (ale ne DIDS) mají komplexní účinek na ICl (Ca)v hladkém svalstvu cév, zesilují a inhibují dovnitř a ven směřující proudy způsobem závislým na i (viz Leblanc et al ., 2005 pro shrnutí). Existuje také značný přechod ve farmakologii s K+kanály aktivovanými Ca2+ s velkou vodivostí (přehled viz Greenwood a Leblanc, 2007). Dvě nové sloučeniny, CaCCinh-A01 a CaCCinh-B01, byly nedávno identifikovány jako blokátory CaCC v lidských střevních epiteliálních buňkách T84 (viz De La Fuente et al ., 2008 pro stavby). CaMKII moduluje CaCC způsobem závislým na tkáni (zhodnotil Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). Inhibitory CaMKII blokují aktivaci ICl (Ca) v buňkách T84, ale nemají žádný účinek na příušní acinární buňky. V buňkách tracheálního a arteriálního hladkého svalstva, ale nikoli v myocytech portální žíly, inhibice CaMKII snižuje inaktivaci ICl (Ca). Intracelulární Ins (3,4,5,6) P4 může působit jako endogenní negativní regulátor cacc kanálů aktivovaných Ca2+ nebo CaMKII. CaCC hladkého svalstva jsou také pozitivně regulovány Ca2 + – dependentní fosfatázou, kalcineurinem (viz Leblanc et al ., 2005 pro shrnutí).

Maxi chloridový kanál: Maxi Cl – kanály jsou vysoce vodivé, aniontově selektivní, kanály původně charakterizované v kosterním svalu a následně nalezené v mnoha buněčných typech včetně neuronů, glií, srdečního svalu, lymfocytů, vylučujících a absorbujících epitel, makula densa buňky ledvin a lidské placenty syncytiotrofoblasty (Sabirov a Okada, 2009). Fyziologický význam maxi Cl-kanálu je nejistý, ale byly nárokovány role v regulaci buněčného objemu a apoptóze. Důkazy naznačují roli maxi Cl-kanálů jako vodivé dráhy při uvolňování ATP indukovaném otokem z buněk myších mléčných C127i, které mohou být důležité pro autokrinní a parakrinní signalizaci puriny (Sabirov et al ., 2001; Dutta a kol., 2002). Podobný kanál zprostředkovává uvolňování ATP z buněk macula densa v tlusté vzestupné smyčce Henle v reakci na změny luminální koncentrace NaCl (Bell et al ., 2003). Rodina lidských vysoce vodivých Cl kanálů (TTYH1-3), které se podobají Maxi Cl kanálům, byla klonována (Suzuki a Mizuno, 2004), ale alternativně byly také navrženy Maxi Cl kanály, aby odpovídaly aniontovému kanálu závislému na napětí, VDAC, exprimovanému na plazmatické membráně (Bahamonde et al., 2003; Okada a kol., 2004).

rozdílné iontové podmínky mohou přispět k variabilním odhadům γ uváděných v literatuře. Inhibice kyselinou arachinonovou (a cis-nenasycenými mastnými kyselinami) je nezávislá na napětí, vyskytuje se v intracelulárním místě a zahrnuje jak vypnutí kanálu (KD= 4-5 µM), tak snížení γ (Kd= 13-14 µM). Blokáda aktivity kanálu pomocí SITS, DIDS, Gd3+ a kyseliny arachidonové je rovnoběžná se sníženým uvolňováním ATP vyvolaným otokem (Sabirov et al., 2001); (Dutta a kol., 2002). Aktivace kanálu antiestrogeny v záznamech celých buněk vyžaduje přítomnost intracelulárních nukleotidů a je zabráněno předúpravou 17β-estradiolem, dibutryl cAMP nebo intracelulární dialýzou s GDPßS (Diaz et al., 2001). Aktivace tamoxifenem je potlačena nízkými koncentracemi kyseliny okadaové, což naznačuje, že v aktivační dráze dochází k defosforylační události proteinovou fosfatázou PP2A (Diaz et al., 2001). Naproti tomu se zdá, že 17β-estradiol a tamoxifen přímo inhibují maxi Cl-kanál lidské placenty rekonstituované do obřích liposomů a zaznamenané ve vyříznutých náplastech (Riquelme, 2009).

objemově regulované chloridové kanály: objemově aktivované chloridové kanály (také nazývané VSOAC, objemově citlivý organický osmolytový/aniontový kanál; VRC, objemově regulovaný kanál a VSOR, objemově expanzní snímání navenek rektifikující aniontový kanál) se účastní RVD v reakci na otok buněk. VRAC může být také důležitý pro několik dalších procesů, včetně regulace excitability membrány, trancelulárního transportu Cl, angiogeneze, buněčné proliferace, nekrózy, apoptózy a uvolňování glutamátu z astrocytů (Recenzováno Niliusem a Droogmansem, 2003; Mulligan a MacVicar, 2006; Okada a kol., 2009). VRAC nemusí být jedinou entitou, ale může místo toho představovat řadu různých kanálů, které jsou v různé míře exprimovány v různých tkáních a jsou odlišně aktivovány otokem buněk. Kromě expresních produktů ClC-3 (viz výše) se již nepovažuje za pravděpodobné, že by tuto funkci plnilo několik bývalých kandidátů na VRAC, včetně MDR1 P-glykoproteinu, Icln, aniontového výměníku pásma 3 a fosforečnanu (viz recenze d ‚ Anglemont de Tassigny et al ., 2003; Nilius a Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

kromě provádění monovalentních aniontů může v mnoha typech buněk aktivace VRAC hypotonickým stimulem umožnit výtok organických osmolytů, jako jsou aminokyseliny a polyoly, které mohou přispívat k RVD.

jiné chloridové kanály: kromě některých intracelulárních chloridových kanálů, které zde nejsou brány v úvahu, byly funkčně popsány i jiné plazmatické membránové kanály než ty, které jsou uvedeny. Mnoho buněk a tkání obsahuje ORCC, které mohou odpovídat VRAC aktivní za izotonických podmínek. Cl-kanál aktivovaný Campem, který neodpovídá CFTR, byl popsán ve střevních panethových buňkách (Tsumura et al ., 1998). Cl kanál aktivovaný cGMP se závislostí na zvýšeném intracelulárním Ca2+ byl zaznamenán v různých typech buněk hladkého svalstva cév, který má farmakologii velmi odlišnou od „konvenčního“ CaCC (viz Matchkov et al., 2004; Piper and Large, 2004). Byl také popsán protonově aktivovaný, navenek rektifikující aniontový kanál (Lambert a Oberwinkler, 2005).