Chloridkanaler | Anne Marie

oversigt: Chloridkanaler er en funktionelt og strukturelt forskelligartet gruppe af anionselektive kanaler involveret i processer, herunder regulering af ophidselse af neuroner, skelet, hjerte og glat muskel, cellevolumenregulering, transepitelial salttransport, forsuring af indre og ekstracellulære rum, cellecyklussen og apoptose (gennemgået af Nilius og Droogmans, 2003). Bortset fra de transmitterstyrede GABA-og glycinreceptorer (se separate tabeller) kan velkarakteriserede chloridkanaler klassificeres som visse medlemmer af den spændingsfølsomme ClC-underfamilie, calciumaktiverede kanaler, høj-(maksi) konduktanskanaler, cystisk fibrose transmembran konduktansregulator (CFTR) og volumenregulerede kanaler (Verkman og Galietta, 2009). Der findes ingen officiel anbefaling vedrørende klassificering af kloridkanaler. Funktionelle kloridkanaler, der er klonet fra eller karakteriseret inden for pattedyrvæv, er anført.

ClC-familie: pattedyrsfamilien ClC (gennemgået af Nilius og Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutcler, 2007; Jentsch, 2008) indeholder ni medlemmer, der falder i tre grupper; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) og hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3 til ClC-5, og CLC-6 og -7. ClC – 1 og ClC-2 er plasmamembranchloridkanaler, ligesom ClC-Ka og ClC-Kb (stort set udtrykt i nyrerne), når de er forbundet med barttin (ensg00000162399), et 320 aminosyre 2TM protein., 2001). Lokaliseringen af CIC-3, ClC-4 og ClC-5 er sandsynligvis overvejende intracellulær, og nylige rapporter indikerer, at ClC-4, ClC-5 og ClC-7 (og ved slutning ClC-3 og ClC-6) fungerer som Cl-/H+ – antiportere snarere end klassiske Cl-kanaler (Picollo og Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; anmeldt af Miller, 2006; Pusch et al., 2006). En intracellulær placering er blevet påvist for ClC – 6 og ClC-7 (gennemgået af Jentsch, 2008). Alternativ splejsning øger den strukturelle mangfoldighed inden for ClC-familien. Krystalstrukturen af to bakterielle ClC-kanaler er blevet beskrevet., 2002). Hver ClC-underenhed med en kompleks topologi på 18 intramembrane segmenter bidrager med en enkelt pore til en dimerisk ‘dobbeltløbet’ ClC-kanal, der indeholder to uafhængigt lukkede porer, hvilket bekræfter forudsigelserne fra tidligere funktionelle og strukturelle undersøgelser (gennemgået af Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Jentsch, 2007; Jentsch, 2008). Som fundet for ClC-4, ClC-5 og ClC-7 fungerer den prokaryote ClC – homolog (ClC-ec1) som en H+/Cl-antiporter snarere end som en ionkanal (Accardi and Miller, 2004).

ClC-kanaler viser permeabilitetssekvensen Cl – > Br- > I- (ved fysiologisk pH); for ClC-3 I- > Cl – er også blevet hævdet. ClC-1 har signifikant åbningssandsynlighed ved hvilemembranpotentiale og tegner sig for 75% af membranledningsevnen i hvile i skeletmuskulatur og er vigtig for stabilisering af membranpotentialet. S-(-) CPP, a-9-C og nifluminsyre virker intracellulært og udviser en stærkt spændingsafhængig blok med stærk inhibering ved negative spændinger og lindring af blok ved depolariserede potentialer (Liantonio et al., 2007 og gennemgået af Pusch et al., 2002). Hæmning af ClC – 2 af peptid Gatk2, fra Leiurus kvivestriatus herbareus gift, vil sandsynligvis forekomme gennem hæmning af kanal gating, snarere end direkte åben kanal blokade (Thompson et al., 2009). Selvom ClC – 2 kan aktiveres ved cellesvulst, svarer den ikke til den volumenregulerede anionkanal (VRAC) (se nedenfor). Alternative potentielle fysiologiske funktioner for ClC – 2 gennemgås af Planells-Cases og Jentsch (2009). Funktionel ekspression af human ClC – Ka og ClC-Kb kræver tilstedeværelse af barttin., 2001; Scholl et al., 2006). Gnaverhomologen (ClC-K1) af ClC-Ka demonstrerer begrænset ekspression som en homomer, men dens funktion forbedres af barttin, der øger både kanalåbningens Sandsynlighed i det fysiologiske område af potentialer og enkeltkanals konduktans., 2001; Scholl et al., 2006). ClC – Ka er ca.femdoblet til seks gange mere følsom over for blokering af 3-phenyl-CPP og did ‘ er end ClC-Kb, mens nyligt syntetiserede derivater viste den samme blokerende affinitet (<10 liter) på begge CLC-K isoformer (Liantonio et al., 2008). ClC-3 ‘ s biofysiske og farmakologiske egenskaber og proteinets forhold til den endogene VRAC (se Guan et al., 2006; Alekov og Fahlke, 2008) er kontroversielle og yderligere kompliceret af muligheden for, at ClC-3 kan fungere som både en CL-/H+ – veksler og en ionkanal (Picollo and Pusch, 2005; Vang et al., 2006; Alekov og Fahlke, 2008). De funktionelle egenskaber i tabellen er de mest konsistente med det tætte strukturelle forhold mellem ClC-3, ClC-4 og ClC-5. Aktivering af heterologt udtrykt ClC-3 ved cellesvulst som reaktion på hypotoniske opløsninger bestrides, ligesom mange andre aspekter af dens regulering. CIC – 4 kan fungere i to transportformer: en glidningstilstand, hvor den opfører sig som en ionkanal og en vekslertilstand, hvor enhedstransporthastigheden er 10 gange lavere (Alekov og Fahlke, 2009). ClC – 7 associeres med en kursist-underenhed, Ostm1, hvilket øger stabiliteten af førstnævnte (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, et 12TM, ABC-type protein, er en cAMP – reguleret epitelcellemembran Cl-kanal involveret i normal væsketransport over forskellige epithelier. Den mest almindelige mutation i CFTR (dvs.deletion mutant, LARSF508) resulterer i nedsat handel med CFTR og reducerer dets inkorporering i plasmamembranen, der forårsager cystisk fibrose. Kanaler, der bærer den lutf508-mutation, der udfører trafik til plasmamembranen, viser gatingfejl. Ud over at fungere som en anionkanal i sig selv kan CFTR fungere som en regulator for flere andre konduktanser, herunder inhibering af epithelial Na-kanalen (ENaC), calciumaktiverede chloridkanaler (CaCC) og VRAC, aktivering af den udadrettede chloridkanal (ORCC) og forbedring af sulfonylureafølsomheden af den renale ydre medullære kaliumkanal (ROMK2) (gennemgået af Nilius og Droogmans, 2003). CFTR regulerer også TRPV4, som giver Ca2+ – signalet til regulatorisk volumenreduktion (RVD) i luftvejsepitel (Arniges et al., 2004). Aktiviteterne for CFTR og chlorid-bicarbonatbytterne SLC26A3 (DRA) og SLC26A6 (PAT1) forstærkes gensidigt af en fysisk sammenhæng mellem det regulatoriske (R) domæne for CFTR og Stas-domænet for SCL26-transportørerne, en effekt lettet ved PKA-medieret phosphorylering af R-domænet for CFTR (Ko et al., 2004).

Corrector forbindelser, der hjælper foldningen af KURF508CFTR for at øge mængden af protein udtrykt og potentielt leveret til celleoverfladen, omfatter Corr-532 (som også er en potentiator), Corr-3a og Corr-4a . Hæmning af CFTR ved intracellulær anvendelse af peptid Gatks1, fra Leiurus kvinestriatus herbareus gift, forekommer fortrinsvis for kanalens lukkede tilstand (Fuller et al., 2007). CFTR indeholder to cytoplasmatiske nukleotidbindende domæner (NBD ‘ er), der binder ATP. En enkelt åben lukkecyklus antages at involvere, i rækkefølge: binding af ATP ved den N-terminale NBD1, ATP-binding til den C-terminale NBD2, der fører til dannelsen af en intramolekylær NBD1-NBD2-dimer forbundet med den åbne tilstand og efterfølgende ATP-hydrolyse ved NBD2, der letter dissociation af dimeren og kanallukningen og indledningen af en ny gating-cyklus (Aleksandrov et al., 2007; Muallem og Vergani, 2009). Phosphorylering af PKA på steder inden for et cytoplasmatisk regulatorisk (R) domæne letter interaktionen mellem de to NBD-domæner. PKC (og PKGII inden for tarmepitelceller via guanylin-stimuleret cGMP-dannelse) regulerer CFTR-aktivitet positivt.

Calciumaktiveret chloridkanal: Chloridkanaler aktiveret af intracellulært calcium (CaCC) udtrykkes bredt i spændende og ikke-spændende celler, hvor de udfører forskellige funktioner., 2005). Caccs molekylære karakter er uklar med både CLCA-gener og bedste gener, der er blevet betragtet som sandsynlige kandidater (2005)., 2008). Det accepteres nu, at CLCA-ekspressionsprodukter sandsynligvis ikke danner kanaler i sig selv og sandsynligvis fungerer som celleadhæsionsproteiner eller udskilles (Patel et al., 2009). Bestrofinerne kodet af gener hbest1 – 4 har en topologi, der er mere konsistent med ionkanaler., 2008) og danner kloridkanaler, der aktiveres ved fysiologiske koncentrationer af Ca2+, men om en sådan aktivering er direkte vides ikke., 2008). Strømme genereret af bedste overekspression ligner imidlertid ikke indfødte CaCC-strømme. For nylig er der identificeret en ny genfamilie, TMEM16 (anoctamin-1), der producerer Ca2+-aktiverede Cl – strømme med kinetik svarende til native CaCC-strømme registreret fra forskellige celletyper (Caputo et al., 2008; Schroeder et al., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). Knockout af TMEM16 afskaffer CaCC i flere epitelvæv (Yang et al., 2008)

blokade af ICl (Ca) med nifluminsyre, did ‘ er og 9-AC er spændingsafhængig, mens blok af NPPB er spændingsuafhængig., 2005). Ekstracellulær nifluminsyre, DCDPC og A-9-C (men ikke did ‘ er) udøver en kompleks virkning på ICl(Ca) i vaskulær glat muskel, hvilket forbedrer og hæmmer indad og udad rettede strømme på en måde-afhængig af i (se Leblanc et al., 2005 til oversigt). Betydelig crossover inden for farmakologi med stor konduktans Ca2+-aktiverede K+ kanaler findes også (se Grøntræ og Leblanc, 2007 for oversigt). To nye forbindelser, CaCCinh-A01 og CaCCinh-B01, er for nylig blevet identificeret som blokkere af CaCC i T84 humane tarmepitelceller (se De La Fuente et al., 2008 for strukturer). CaMKII modulerer CaCC på en vævs-afhængig måde., 2005; Leblanc et al., 2005). CaMKII-hæmmere blokerer aktivering af ICl(Ca) i T84-celler, men har ingen effekt i parotid acinarceller. I luftrør og arterielle glatte muskelceller, men ikke portalvenemyocytter, reducerer inhibering af CaMKII inaktivering af ICl(Ca). Intracellulære Ins (3,4,5,6) P4 kan fungere som en endogen negativ regulator af CaCC-kanaler aktiveret af Ca2+ eller CaMKII. Glat muskel CaCC reguleres også positivt af Ca2 + – afhængig phosphatase, calcineurin (se Leblanc et al., 2005 til oversigt).

maksichloridkanal: Maksi Cl – kanaler er højkonduktans, anion-selektive, kanaler, der oprindeligt er karakteriseret i skeletmuskulatur og efterfølgende findes i mange celletyper, herunder neuroner, glia, hjertemuskel, lymfocytter, udskillende og absorberende epitel, makula densa-celler i nyrerne og humane placenta syncytiotrophoblaster (Sabirov og Okada, 2009). Den fysiologiske betydning af den maksimale Cl-kanal er usikker, men roller i cellevolumenregulering og apoptose er blevet hævdet. Cl-kanaler som en ledende vej i den hævelsesinducerede frigivelse af ATP fra Musembryst c127i-celler, der kan være vigtige for autokrin og parakrin signalering af puriner (Sabirov et al., 2001; Dutta et al., 2002). En lignende kanal medierer ATP-frigivelse fra macula densa-celler inden i den tykke opstigning af Henle-løkken som reaktion på ændringer i luminal NaCl-koncentration (Bell et al., 2003). En familie af menneskelige Cl-kanaler med høj konduktans (TTYH1-3), der ligner Maksi Cl – kanaler, er blevet klonet (Susuki og Misuno, 2004), men alternativt er maksi Cl – kanaler også blevet foreslået at svare til den spændingsafhængige anionkanal, VDAC, udtrykt ved plasmamembranen (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

forskellige Ioniske forhold kan bidrage til variable estimater af Chr rapporteret i litteraturen. Inhibering af arachinonsyre (og cis-umættede fedtsyrer) er spændingsuafhængig, forekommer på et intracellulært sted og involverer både kanal lukket ned (Kd= 4-5 liter) og en reduktion af liter (KD= 13-14 liter). Blokade af kanalaktivitet ved SITS, DIDS, Gd3+ og arachidonsyre er parallelt med nedsat hævelsesinduceret frigivelse af ATP (Sabirov et al., 2001); (Dutta et al., 2002). Kanalaktivering med antiøstrogener i hele celleoptagelser kræver tilstedeværelse af intracellulære nukleotider og forhindres ved forbehandling med 17-cholestradiol, dibutryl cAMP eller intracellulær dialyse med GDP-cholesterol., 2001). Aktivering af tamoksifen undertrykkes af lave koncentrationer af okadainsyre, hvilket antyder, at en dephosphoryleringshændelse med proteinphosphatase PP2A forekommer i aktiveringsvejen., 2001). 17 ser ud til at hæmme den maksimale Cl – kanal af humant placenta rekonstitueret i gigantiske liposomer og registreret i udskårne plastre (Rikelme, 2009).

Volumenregulerede chloridkanaler: Volumenaktiverede chloridkanaler (også betegnet VSOAC, volumenfølsom organisk osmolyte/anionkanal; VRC, volumenreguleret kanal og VSOR, volumenudvidelsesfølende udadrettet anionkanal) deltager i RVD som reaktion på celle hævelse. VRAC kan også være vigtig for flere andre processer, herunder regulering af membranens ophidselse, transcellulær Cl – transport, angiogenese, celleproliferation, nekrose, apoptose og glutamatfrigivelse fra astrocytter (gennemgået af Nilius og Droogmans, 2003; Mulligan og MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC er muligvis ikke en enkelt enhed, men kan i stedet repræsentere et antal forskellige kanaler, der udtrykkes i varierende grad i forskellige væv og aktiveres differentielt ved cellesvulst. Ud over ClC-3-ekspressionsprodukter (se ovenfor) anses flere tidligere vrac-kandidater, herunder MDR1 P-glycoprotein, Icln, Band 3-anionbytter og phospholemman heller ikke længere for sandsynligt at udføre denne funktion (se anmeldelser af D ‘ Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius og Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

ud over at udføre monovalente anioner kan aktivering af VRAC ved en hypotonisk stimulus i mange celletyper tillade udstrømning af organiske osmolytter såsom aminosyrer og polyoler, der kan bidrage til RVD.

andre chloridkanaler: ud over nogle intracellulære chloridkanaler, der ikke overvejes her, er andre plasmamembrankanaler end de listede blevet funktionelt beskrevet. Mange celler og væv indeholder ORCC, der kan svare til VRAC aktiv under isotoniske forhold. En cAMP-aktiveret Cl-kanal, der ikke svarer til CFTR, er blevet beskrevet i intestinale Paneth-celler (Tsumura et al., 1998). En Cl-kanal aktiveret af cGMP med en afhængighed af hævet intracellulær Ca2+ er blevet registreret i forskellige vaskulære glatte muskelceller typer, som har en farmakologi, der er meget forskellig fra den ‘konventionelle’ CaCC (se Matchkov et al., 2004; Piper og Large, 2004). En protonaktiveret, udadrettet anionkanal er også blevet beskrevet (Lambert og Obervinkler, 2005).