Kloridikanavat | Anne Marie

yleiskatsaus: Kloridikanavat ovat toiminnallisesti ja rakenteellisesti monimuotoinen ryhmä anioniselektiivisiä kanavia, jotka osallistuvat prosesseihin, kuten hermosolujen, luuston, sydämen ja sileän lihaksen excitability-säätelyyn, solujen tilavuuden säätelyyn, transepiteelisuolan kuljetukseen, sisä-ja solunulkoisten osastojen happamoitumiseen, solusykliin ja apoptoosiin (nilius and Droogmans, 2003). Lähetin-aidattuja GABA-ja glysiinireseptoreita (KS.erilliset taulukot) lukuun ottamatta hyvin luonnehditut kloridikanavat voidaan luokitella eräiksi jänniteherkkien ClC-alaheimon, kalsiumaktivoitujen kanavien, korkean (maxi) konduktanssikanavien, kystisen fibroosin transmembraanin konduktanssisäätimen (CFTR) ja tilavuussäädeltyjen kanavien jäseniksi (Verkman and Galietta, 2009). Kloridikanavien luokittelusta ei ole olemassa virallista suositusta. Funktionaaliset kloridikanavat, jotka on kloonattu nisäkkäiden kudoksista tai joita on luonnehdittu niiden sisällä, luetellaan.

ClC-perhe: nisäkkäiden CLC-suku (tarkistettu Nilius ja Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) sisältää yhdeksän jäsentä, jotka jakautuvat kolmeen ryhmään; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) ja hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3-ClC-5 ja ClC-6 ja -7. ClC-1 ja ClC-2 ovat plasman kalvokloridikanavia samoin kuin ClC-Ka ja ClC-Kb (ilmaistuna suurelta osin munuaisissa), kun ne yhdistetään Bartin (ENSG00000162399) kanssa, joka on 320 aminohappo 2TM-proteiini (Estévez et al., 2001). CIC-3: n, ClC-4: n ja ClC-5: n lokalisointi on todennäköisesti pääasiassa solunsisäistä, ja viimeaikaiset raportit osoittavat, että ClC-4, ClC-5 ja ClC-7 (ja päättelemällä ClC-3 ja ClC-6) toimivat cl/H+-antiporttereina klassisten Cl – kanavien sijaan (Picollo and Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; arvostellut Miller, 2006; Pusch et al., 2006). CLC-6: lla ja ClC-7: llä on osoitettu olevan solunsisäinen sijainti (Jentsch, 2008). Vaihtoehtoiset liitokset lisäävät ClC-perheen rakenteellista monimuotoisuutta. Kahden bakteerin ClC-kanavan kiderakenne on kuvattu (Dutzler et al., 2002). Jokainen ClC alayksikkö, jossa on monimutkainen topologia 18 intramembrane segmentit, edistää yhden huokosten dimeerinen ”double-barrelled” ClC kanava, joka sisältää kaksi itsenäisesti aidatulla huokosiin, vahvistaa ennusteita aiempien toiminnallisten ja rakenteellisten tutkimusten (tarkistettu Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Kuten CLC-4: lle, ClC-5: lle ja ClC-7: lle on todettu, prokaryoottinen ClC-homologue (ClC – ec1) toimii h+/Cl-antiportterina eikä ionikanavana (Accardi and Miller, 2004).

ClC-kanavilla on permeabiliteettijakso Cl – > Br – > I-(fysiologisessa pH: ssa); CLC – 3: lle i – > Cl-on myös väitetty. ClC-1: llä on merkittävä avautumistodennäköisyys lepokalvopotentiaalissa, sillä sen osuus on 75% luustolihaksen levossa esiintyvästä kalvonjohtavuudesta, ja se on tärkeä kalvopotentiaalin stabiloinnissa. S-(-) CPP, a-9-C ja niflumiinihappo toimivat solunsisäisesti ja niillä on voimakkaasti jännitteestä riippuvainen lohko, jolla on voimakas inhibitio negatiivisilla jännitteillä ja lohkon helpotus depolarisoiduilla potentiaaleilla (Liantonio et al., 2007 ja arvostellut Pusch et al., 2002). CLC-2: n estyminen peptidillä GaTx2, joka on peräisin Leiurus quinquestriatus herbareus-myrkystä, tapahtuu todennäköisesti kanavan gatingin eston kautta eikä suoran avoimen kanavan salpauksen kautta (Thompson et al., 2009). Vaikka ClC-2 voi aktivoitua solujen turpoamisella, se ei vastaa tilavuussäädeltyä anionikanavaa (VRAC) (katso alla). Planells-Cases ja Jentsch (2009) tarkastelevat CLC-2: n vaihtoehtoisia fysiologisia toimintoja. Ihmisen CLC-Ka: n ja ClC-Kb: n toiminnallinen ilmentyminen edellyttää Bartin läsnäoloa (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). CLC-Ka: n jyrsijähomologue (ClC-K1) osoittaa rajoitettua ilmentymistä homomeerina, mutta sen toimintaa parantaa Bartin, joka lisää sekä kanavan avautumisen todennäköisyyttä potentiaalien fysiologisessa vaihteluvälissä että yksikanavaista konduktanssia (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). ClC-Ka on noin viisinkertainen tai kuusinkertainen 3-fenyyli-CPP: n ja DID: n estoon verrattuna CLC-Kb: hen, kun taas vasta syntetisoiduilla bentsofuraanijohdannaisilla oli sama estoaffiniteetti (<10 µM) molemmissa CLC-K-isoentsyymeissä (Liantonio et al., 2008). ClC-3: n biofysikaaliset ja farmakologiset ominaisuudet ja proteiinin suhde endogeeniseen VRAC: hen (KS.Guan et al., 2006; Alekov ja Fahlke, 2008) ovat kiistanalaisia ja edelleen monimutkainen mahdollisuus, että ClC-3 voi toimia sekä Cl-/H+ vaihdin ja ionikanava (Picollo and Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekov ja Fahlke, 2008). Taulukoidut toiminnalliset ominaisuudet vastaavat parhaiten ClC-3: n, ClC-4: n ja ClC-5: n läheistä rakenteellista suhdetta. Heterologisesti ilmaistun ClC-3: n aktivoituminen solujen turpoamisella vastauksena hypotonisiin liuoksiin on kiistanalaista, kuten monet muutkin sen säätelyn näkökohdat. CIC-4 voi toimia kahdessa kuljetusmuodossa: liukumoodissa, joka toimii ionikanavana, ja vaihdinmoodissa, jossa yhtenäinen siirtonopeus on 10-kertainen (Alekov and Fahlke, 2009). ClC-7 liittyy β-alayksikköön, Ostm1: een, mikä lisää edellisen vakautta (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, 12TM, ABC-tyyppinen proteiini, on cAMP – säädelty epiteelisolukalvon Cl-kanava, joka osallistuu normaaliin nesteen kuljetukseen eri epiteelikudosten välillä. Yleisin CFTR: n mutaatio (eli deleetiomutantti, ΔF508) heikentää CFTR: n kauppaa ja vähentää sen liittymistä plasman kalvoon aiheuttaen kystistä fibroosia. ΔF508 – mutaatiota kuljettavissa kanavissa, jotka kulkevat plasmakalvolle, on porttivirheitä. Sen lisäksi, että CFTR toimii anionikanavana sinänsä, se voi toimia useiden muiden konduktanssien säätelijänä, mukaan lukien epiteelin Na-kanavan (enAC), kalsiumaktivoitujen kloridikanavien (CaCC) ja VRAC: n inhibitio, ulospäin oikaisevan kloridikanavan (ORCC) aktivoituminen ja munuaisten ulomman medullaarisen kaliumkanavan (ROMK2) sulfonyyliureaherkkyyden paraneminen (nilius and Droogmans, 2003). CFTR säätelee myös TRPV4: ää, joka antaa Ca2+ – signaalin säätelytilavuuden vähenemiselle (RVD) hengitysteiden epiteelissä (Arniges et al., 2004). CFTR: n ja kloridibikarbonaattivaihtimien SLC26A3 (DRA) ja SLC26A6 (PAT1) toimintaa tehostaa CFTR: n sääntely-alueen (R) ja SCL26-kuljettajaproteiinien Stas-alueen välinen fyysinen assosiaatio, mikä helpottaa CFTR: n r-alueen PKA-välitteistä fosforylaatiota (Ko et al., 2004).

korjaavia yhdisteitä, jotka auttavat ΔF508CFTR: n taittumista solun pinnalle ilmentyvän ja mahdollisesti kulkeutuvan proteiinin määrän lisäämiseksi, ovat VX-532 (joka on myös potentiaattori), Corr-3a ja Corr-4a . CFTR: n estyminen solunsisäisesti levittämällä gatx1-peptidiä Leiurus quinquestriatus herbareus-myrkystä tapahtuu mieluiten kanavan suljetussa tilassa (Fuller ym., 2007). CFTR sisältää kaksi ATP: tä sitovaa sytoplasmaista nukleotideja sitovaa domeenia (nbds). Yhden avoimen sulkemisjakson oletetaan liittyvän järjestyksessä: ATP: n sitoutuminen n-terminaalisessa NBD1: ssä, ATP: n sitoutuminen C-terminaalisessa NBD2: ssa, mikä johtaa nbd1-nbd2-dimeerin muodostumiseen avoimessa tilassa, ja myöhemmin ATP: n hydrolyysi nbd2: ssa, mikä helpottaa dimeerin dissosioitumista ja kanavan sulkeutumista, ja uuden porttisyklin aloittamista (Aleksandrov et al., 2007; Muallem ja Vergani, 2009). PKA: n aiheuttama fosforylaatio sytoplasmasäätelyalueen (R) kohdissa helpottaa näiden kahden NBD-alueen vuorovaikutusta. PKC (ja pkgii suoliston epiteelisoluissa guanyliinin stimuloiman cGMP: n muodostumisen kautta) säätelevät positiivisesti CFTR: n aktiivisuutta.

Kalsiumaktivoitu kloridikanava: solunsisäisen kalsiumin (CaCC) aktivoimia Kloridikanavia esiintyy laajalti excitoituvissa ja ei-excitoitavissa soluissa, joissa ne suorittavat erilaisia tehtäviä (Hartzell et al., 2005). Cacc: n molekyyliluonne on epäselvä, sillä sekä CLCA-geenejä että parhaita geenejä on pidetty todennäköisinä ehdokkaina (Loewen and Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Nykyään hyväksytään, että CLCA-ekspressiotuotteet eivät todennäköisesti muodosta kanavia sinänsä ja todennäköisesti toimivat solun adheesioproteiineina tai erittyvät (Patel et al., 2009). Geenien hbest1-4 koodaamilla bestrofiineilla on topologia, joka on yhdenmukaisempi ionikanavien kanssa (ks.Hartzell et al., 2008) ja muodostavat kloridikanavia, jotka aktivoituvat Ca2+: n fysiologisilla pitoisuuksilla, mutta ei tiedetä, onko tällainen aktivaatio suora (Hartzell ym., 2008). Parhaimman yli-ilmentymän synnyttämät virrat eivät kuitenkaan muistuta kotoperäisiä CaCC-virtauksia. Äskettäin on tunnistettu Uusi geeniperhe, TMEM16 (anoktamiini-1), joka tuottaa Ca2+-aktivoituja Cl – virtauksia, joiden kinetiikka on samanlainen kuin eri solutyypeistä (Caputo et al., 2008; Schroeder ym., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi ym., 2009; Rock et al., 2009). Tmem16: n Knockout poistaa CaCC: n useissa epiteelikudoksissa (Yang et al., 2008)

ICL: n(Ca) estäminen niflumiinihapolla, did: llä ja 9-AC: llä on jännitteestä riippuvainen, kun taas nppb: n lohko on jännitteestä riippumaton (Hartzell et al., 2005). Solunulkoisella niflumiinihapolla, DCDPC: llä ja A-9-C: llä (mutta ei did: llä) on monimutkainen vaikutus ICL: ään(Ca) verisuonten sileässä lihaksessa, tehostaen ja estäen sisäänpäin ja ulospäin suuntautuvia virtauksia tavalla, joka on riippuvainen i: stä (KS.LeBlanc et al., 2005 tiivistelmä). Farmakologiassa on myös huomattavia jakosuuntia, joissa on suuret konduktanssiset Ca2+-aktivoidut K+ – kanavat (katso Greenwood and Leblanc, 2007). Kaksi uutta yhdistettä, CaCCinh-A01 ja CaCCinh-B01, on äskettäin tunnistettu cacc: n salpaajiksi T84-ihmisen suoliston epiteelisoluissa (KS.De La Fuente et al., 2008 rakenteiden osalta). CaMKII moduloi cacc: tä kudosriippuvaisesti (arvostellut Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). CaMKII-estäjät estävät ICl: n(Ca) aktivoitumisen T84-soluissa, mutta niillä ei ole vaikutusta korvasylkirauhasen asinaarisoluissa. Henkitorven ja valtimoiden sileissä lihassoluissa, mutta ei porttilaskimon myosyyteissä, CaMKII: n esto vähentää ICl: n(Ca) inaktivaatiota. Solunsisäinen Ins (3,4,5,6) P4 voi toimia Ca2+: n eli CaMKII: n aktivoimien cacc-kanavien endogeenisenä negatiivisena säätelijänä. Sileän lihaksen CaCC: tä säätelee positiivisesti myös Ca2+ – riippuvainen fosfataasi, kalsineuriini (KS. LeBlanc et al., 2005 tiivistelmä).

Maxi-kloridikanava: Maxi-Cl-kanavat ovat erittäin konduktanssisia, anioniselektiivisiä kanavia, jotka ovat alun perin tyypillisiä luurankolihaksissa ja joita myöhemmin esiintyy monissa solutyypeissä, kuten neuroneissa, glia: ssa, sydänlihaksessa, lymfosyyteissä, erittävissä ja absorboivissa epiteelisoluissa, munuaisten makula-densasoluissa ja ihmisen istukkasynkytiotrofoblasteissa (Sabirov ja Okada, 2009). Maxi – Cl-kanavan fysiologinen merkitys on epävarma, mutta rooleja solumäärän säätelyssä ja apoptoosissa on väitetty. Todisteet viittaavat siihen, että maxi Cl-kanavien rooli johtavana väylänä ATP: n turvotuksesta johtuvassa vapautumisessa hiiren nisäkäs C127i-soluista, jotka voivat olla tärkeitä puriinien autokriiniselle ja parakriiniselle signaloinnille (Sabirov et al., 2001; Dutta et al., 2002). Samanlainen kanava välittää ATP: n vapautumista Macula densa-soluista Henlen silmukan paksussa nousussa vastauksena luminal NaCl-pitoisuuden muutoksiin (Bell et al., 2003). Ihmisen korkean konduktanssin Cl-kanavia (Ttyh1 – 3) muistuttavia Maxi Cl-kanavia on kloonattu (Suzuki ja Mizuno, 2004), mutta vaihtoehtoisesti Maxi Cl – kanavien on myös ehdotettu vastaavan jännitteestä riippuvaista anionikanavaa, VDAC, ilmaistuna plasmakalvolla (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

erilaiset ioniolosuhteet voivat osaltaan vaikuttaa kirjallisuudessa ilmoitettuihin vaihteleviin γ-estimaatteihin. Arakinonihapon (ja CIS-tyydyttymättömien rasvahappojen) inhibitio on jännitteestä riippumaton, tapahtuu solunsisäisessä kohdassa ja siihen liittyy sekä kanavan sulkeminen (Kd= 4-5 µM) että γ: n pelkistyminen (Kd= 13-14 µM). Salpaus kanavan toimintaa SITS, DIDS, Gd3+ ja arakidonihappo on rinnastettava vähentynyt turvotus aiheuttama vapautuminen ATP (Sabirov et al., 2001); (Dutta et al., 2002). Antiestrogeenien aiheuttama kanavaaktivaatio kokosolun tallenteissa edellyttää solunsisäisten nukleotidien läsnäoloa ja estyy 17β-estradiolin, dibutryylileirin tai solunsisäisen dialyysin avulla GDPßS: llä (Diaz et al., 2001). Tamoksifeenin aktivaatiota vaimentaa pienet okadaiinihappopitoisuudet, mikä viittaa siihen, että aktivaatioreitissä tapahtuu proteiinifosfataasin PP2A aiheuttama defosforylaatiotapahtuma (Diaz et al., 2001). Sitä vastoin 17β-estradioli ja tamoksifeeni näyttävät suoraan estävän ihmisen istukan maxi – cl-kanavaa, joka on ennallistettu jättiläisliposomeiksi ja kirjattu poistettuihin laastareihin (Riquelme, 2009).

Tilavuussäädellyt kloridikanavat: Tilavuusaktivoidut kloridikanavat (kutsutaan myös VSOAC: ksi, tilavuusherkkä orgaaninen osmolyytti/anionikanava; VRC: ksi, tilavuussäädelty kanava ja VSOR: volyymin laajenemisen tunnistava ulospäin oikaiseva anionikanava) osallistuvat RVD: hen vastauksena solujen turpoamiseen. VRAC voi myös olla tärkeä useissa muissa prosesseissa, mukaan lukien säätely kalvon excitability, transcellular Cl – kuljetus, angiogeneesi, solujen proliferaatio, nekroosi, apoptoosi ja glutamaatti vapautumisen astrosyyttien (tarkastellut Nilius and Droogmans, 2003; Mulligan and MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC ei välttämättä ole yksittäinen kokonaisuus, vaan se voi sen sijaan edustaa useita eri kanavia, jotka ilmentyvät vaihtelevassa määrin eri kudoksissa ja aktivoituvat eri tavoin solujen turpoamisen vaikutuksesta. ClC-3 expression-tuotteiden (KS. edellä) lisäksi useita entisiä VRAC-ehdokkaita, kuten MDR1 P-glykoproteiini, Icln, Band 3 anioninvaihdin ja phospholemman, ei myöskään pidetä enää todennäköisinä täyttämään tätä tehtävää (KS.d ’ Anglemont de Tassigny ym., 2003; Nilius ja Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

monovalenttien anionien johtamisen lisäksi monissa solutyypeissä vrac: n aktivointi hypotonisella ärsykkeellä voi mahdollistaa orgaanisten osmolyyttien, kuten aminohappojen ja polyolien, poistumisen RVD: hen.

muut kloridikanavat: eräiden tässä mainitsemattomien solunsisäisten kloridikanavien lisäksi myös muita kuin lueteltuja plasmakalvokanavia on kuvattu toiminnallisesti. Monet solut ja kudokset sisältävät ORCC: tä, joka voi vastata isotonisissa olosuhteissa aktiivista VRAC: tä. CAMP-aktivoitunut Cl-kanava, joka ei vastaa CFTR: ää, on kuvattu suoliston Paneth-soluissa (Tsumura et al., 1998). CGMP: n aktivoima cl-kanava, joka on riippuvainen kohonneesta solunsisäisestä Ca2+: sta, on todettu useissa verisuonten sileälihassolutyypeissä, joiden farmakologia on hyvin erilainen kuin tavanomaisten CaCC: iden (KS.Matchkov et al., 2004; Piper and Large, 2004). On myös kuvattu protoniaktivoitu, ulospäin oikaiseva anionikanava (Lambert and Oberwinkler, 2005).