Kanały chlorkowe | Anne Marie

przegląd: kanały chlorkowe to zróżnicowana pod względem funkcjonalnym i strukturalnym Grupa kanałów selektywnych anionowo zaangażowanych w procesy, w tym regulację pobudliwości neuronów, mięśni szkieletowych, sercowych i gładkich, regulację objętości komórek, transport soli przezbłonowej, zakwaszenie przedziałów wewnętrznych i zewnątrzkomórkowych, cykl komórkowy i apoptoza (recenzja Niliusa i Droogmansa, 2003). Z wyjątkiem receptorów GABA i glicyny bramkowanych przez nadajnik (patrz osobne tabele), dobrze scharakteryzowane kanały chlorkowe można zaklasyfikować jako pewne elementy czułej na napięcie podrodziny ClC, kanały aktywowane wapniem, kanały o wysokiej (maxi) przewodności, transmembrany regulator przewodności mukowiscydozy (CFTR) i kanały regulowane objętością (Verkman and Galietta, 2009). Brak oficjalnych zaleceń dotyczących klasyfikacji kanałów chlorkowych. Funkcjonalne kanały chlorkowe, które zostały sklonowane lub scharakteryzowane w tkankach ssaków, są wymienione.

rodzina ClC: rodzina ssaków CLC (recenzowana przez Niliusa i Droogmansa, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) zawiera dziewięć członków, które dzielą się na trzy grupy; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) i hClC-Kb (Rclc-K2); ClC-3 do ClC-5 i ClC-6 i -7. ClC – 1 i ClC-2 są kanałami chlorkowymi błon osocza, podobnie jak ClC-Ka i ClC-Kb (w dużej mierze wyrażone w nerkach), gdy są związane z barttinem (ENSG00000162399), 320 aminokwasowym białkiem 2TM (Estévez i wsp., 2001). Lokalizacja CIC-3, ClC-4 i ClC-5 jest prawdopodobnie głównie wewnątrzkomórkowa, a ostatnie doniesienia wskazują, że ClC-4, ClC-5 i ClC-7 (i przez wnioskowanie ClC-3 i ClC-6) działają jako antyportery Cl-/h+, a nie Klasyczne kanały Cl (Picollo and Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; reviewed by Miller, 2006; Pusch et al., 2006). Wykazano wewnątrzkomórkową lokalizację ClC-6 i ClC-7 (Recenzja Jentsch, 2008). Alternatywne łączenie zwiększa różnorodność strukturalną w obrębie rodziny ClC. Opisano strukturę krystaliczną dwóch bakteryjnych kanałów ClC (Dutzler et al., 2002). Każda podjednostka ClC, o złożonej topologii 18 segmentów wewnątrzbłonowych, przyczynia się do pojedynczego poru do dimerycznego kanału CLC o podwójnej baryłce, który zawiera dwa niezależnie ogrodzone pory, potwierdzając przewidywania poprzednich badań funkcjonalnych i strukturalnych (recenzowane przez Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Jak stwierdzono Dla ClC-4, ClC-5 i ClC-7, prokariotyczny homologu ClC (ClC-ec1) działa jako antyporter H+ / Cl, a nie jako kanał jonowy (Accardi i Miller, 2004).

kanały ClC wykazują sekwencję przepuszczalności Cl – > Br – > I-(przy fizjologicznym pH); dla ClC – 3 i – > CL-również twierdzono. ClC – 1 ma duże prawdopodobieństwo otwarcia w spoczynkowym potencjale błonowym, co stanowi 75% przewodnictwa błonowego w spoczynku w mięśniach szkieletowych i jest ważne dla stabilizacji potencjału błonowego. S – ( – ) CPP, a-9-C i kwas niflumowy działają wewnątrzkomórkowo i wykazują silnie zależny od napięcia blok z silnym hamowaniem przy ujemnych napięciach i ulgą bloku przy depolaryzowanych potencjałach (Liantonio et al., 2007 i recenzowane przez Pusch et al., 2002). Hamowanie ClC-2 przez peptyd GaTx2 z jadu Leiurus quinquestriatus herbareus prawdopodobnie nastąpi poprzez hamowanie bramkowania kanałów, a nie bezpośrednią blokadę otwartego kanału (Thompson i in., 2009). Chociaż ClC-2 może być aktywowany przez obrzęk komórek, nie odpowiada on regulowanemu objętościowo kanałowi anionowemu (vrac) (patrz poniżej). Alternatywne potencjalne funkcje fizjologiczne dla ClC-2 są recenzowane przez Planells-Cases i Jentsch (2009). Funkcjonalna ekspresja ludzkich ClC-Ka i ClC-Kb wymaga obecności barttina (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). Homolog gryzoni (ClC-K1)CLC-Ka wykazuje ograniczoną ekspresję jako homomer, ale jego funkcja jest wzmocniona przez barttina, który zwiększa prawdopodobieństwo otwarcia kanału w fizjologicznym zakresie potencjałów i przewodność pojedynczego kanału (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). ClC-Ka jest około pięciokrotnie do sześciokrotnie bardziej wrażliwy na blok przez 3-fenylo-CPP I did niż ClC-Kb, podczas gdy nowo zsyntetyzowane pochodne benzofuranu wykazały takie samo powinowactwo blokujące (<10 µM) na obu izoformach CLC-K(Liantonio i wsp ., 2008). Biofizyczne i farmakologiczne właściwości ClC-3 i związek białka z endogennym VRAC (patrz Guan i wsp., 2006; Alekov and Fahlke, 2008) są kontrowersyjne i bardziej skomplikowane przez możliwość, że ClC-3 może działać zarówno jako wymiennik CL-/H+, jak i kanał jonowy (Picollo and Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekow i Fahlke, 2008). Właściwości funkcjonalne przedstawione w tabelach są najbardziej zgodne z bliską zależnością strukturalną między ClC-3, ClC-4 i ClC-5. Aktywacja heterologicznie wyrażonego ClC-3 przez obrzęk komórek w odpowiedzi na roztwory hipotoniczne jest kwestionowana, podobnie jak wiele innych aspektów jego regulacji. CIC-4 może pracować w dwóch trybach transportu: trybie poślizgu, w którym zachowuje się jak kanał jonowy i trybie wymiennika, w którym jednostkowa szybkość transportu jest 10-krotnie niższa (Alekov i Fahlke, 2009). ClC-7 wiąże się z podjednostką β, Ostm1, która zwiększa stabilność tego pierwszego (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, 12tm, białko typu ABC, jest regulowanym przez cAMP nabłonkowym kanałem komórkowym CL biorącym udział w normalnym transporcie płynu przez różne nabłonki. Najczęstsza mutacja w CFTR (tj. Mutant delecyjny, ΔF508) powoduje upośledzenie handlu CFTR i zmniejsza jego wbudowywanie do błony plazmatycznej, powodując mukowiscydozę. Kanały przenoszące mutację ΔF508, które przemieszczają się do błony plazmatycznej, wykazują defekty bramkowania. Oprócz działania jako kanał anionowy per se, CFTR może działać jako regulator kilku innych przewodzeń, w tym hamowania kanału nabłonkowego Na (ENaC), kanałów chlorkowych aktywowanych wapniem (CaCC) i VRAC, aktywacji kanału chlorkowego prostującego Na Zewnątrz (ORCC) i zwiększenia czułości sulfonylomocznika kanału potasowego zewnętrznego rdzenia nerki (ROMK2) (recenzja Niliusa i Droogmansa, 2003). CFTR reguluje również TRPV4, który zapewnia sygnał Ca2+ dla zmniejszenia objętości regulacyjnej (RVD)w nabłonku dróg oddechowych (Arniges et al., 2004). Aktywność CFTR i wymienników chlorkowo-wodorowęglanowych SLC26A3 (dra) i SLC26A6 (PAT1) są wzajemnie wzmacniane przez fizyczne powiązanie między regulacyjną (R) domeną CFTR a domeną STAS transporterów SCL26, efekt ułatwiony przez fosforylację domeny R CFTR za pośrednictwem PKA (Ko i wsp., 2004).

związki korygujące, które wspomagają składanie ΔF508CFTR w celu zwiększenia ilości białka wyrażonego i potencjalnie dostarczonego na powierzchnię komórki, obejmują VX-532 (który jest również potencjatorem), Corr-3a i Corr-4a . Hamowanie CFTR przez wewnątrzkomórkowe zastosowanie peptydu GaTx1, z jadu Leiurus quinquestriatus herbareus, występuje preferencyjnie dla stanu zamkniętego kanału (Fuller et al., 2007). CFTR zawiera dwie cytoplazmatyczne domeny wiążące nukleotydy (NBDS), które wiążą ATP. Istnieje hipoteza, że pojedynczy cykl otwartego zamykania obejmuje, w kolejności: Wiązanie ATP w N-końcowym nbd1, Wiązanie ATP z C-końcowym nbd2 prowadzące do utworzenia wewnątrzcząsteczkowego dimeru nbd1-nbd2 związanego ze stanem otwartym, a następnie hydroliza ATP w nbd2 ułatwiająca dysocjację dimeru i zamknięcie kanału oraz rozpoczęcie nowego cyklu bramkowania (Aleksandrov i in., 2007; Muallem i Vergani, 2009). Fosforylacja przez PKA w miejscach w obrębie cytoplazmatycznej domeny regulatorowej (R) ułatwia interakcję dwóch domen NBD. PKC (i PKGII w komórkach nabłonka jelita poprzez stymulowane guanyliną tworzenie cGMP) pozytywnie regulują aktywność CFTR.

kanał chlorkowy aktywowany wapniem: kanały chlorkowe aktywowane przez wewnątrzkomórkowy wapń (CaCC) są szeroko wyrażone w komórkach pobudliwych i nie pobudliwych, gdzie pełnią różne funkcje (Hartzell i wsp., 2005). Molekularny charakter CaCC jest niejasny, ponieważ zarówno geny CLCA, jak i najlepsze geny zostały uznane za prawdopodobnych kandydatów (Loewen and Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Obecnie przyjmuje się, że produkty ekspresji CLCA raczej nie tworzą kanałów per se i prawdopodobnie funkcjonują jako białka adhezyjne komórek lub są wydzielane (Patel et al., 2009). Bestrofiny kodowane przez geny hbest1-4 mają topologię bardziej zgodną z kanałami jonowymi(patrz Hartzell et al., 2008) i tworzą kanały chlorkowe, które są aktywowane przez fizjologiczne stężenia Ca2+, ale nie wiadomo, czy taka aktywacja jest bezpośrednia (Hartzell et al., 2008). Jednak prądy generowane przez najlepszą nadekspresję nie przypominają rodzimych prądów CaCC. Niedawno zidentyfikowano nową rodzinę genów, tmem16 (anoctamina-1), która wytwarza aktywowane Ca2+prądy Cl o kinetyce podobnej do natywnych prądów CaCC rejestrowanych z różnych typów komórek (Caputo et al., 2008; Schroeder et al., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). Nokaut tmem16 znosi CaCC w kilku tkankach nabłonkowych (Yang et al., 2008)

Blokada ICl (Ca) przez kwas niflumowy, DIDS i 9-AC jest zależna od napięcia, podczas gdy blok przez NPPB jest niezależny od napięcia (Hartzell et al., 2005). Zewnątrzkomórkowy kwas niflumowy, DCDPC i A-9-C (ale nie did) wywierają złożony wpływ na ICl (Ca) w mięśniach gładkich naczyń krwionośnych, wzmacniając i hamując kierowane wewnętrznie i zewnętrznie prądy w sposób zależny od i (patrz Leblanc et al., 2005 do podsumowania). Istnieje również znaczne skrzyżowanie w farmakologii z aktywowanymi kanałami k+o dużej przewodności Ca2+ (patrz przegląd Greenwood and Leblanc, 2007). Dwa nowe związki, CaCCinh-A01 i CaCCinh-B01, zostały niedawno zidentyfikowane jako blokery CaCC w ludzkich komórkach nabłonka jelita T84 (patrz De La Fuente i wsp ., 2008 dla struktur). CaMKII moduluje CaCC w sposób zależny od tkanki (recenzja Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). Inhibitory CaMKII blokują aktywację ICl (Ca)w komórkach T84, ale nie mają wpływu na przyuszne komórki acinarne. W komórkach mięśni gładkich tchawicy i tętnicy, ale nie w żyle wrotnej, hamowanie CaMKII zmniejsza inaktywację ICl (Ca). Wewnątrzkomórkowe Ins (3,4,5,6)P4 Może działać jako endogenny ujemny regulator kanałów CaCC aktywowanych przez Ca2+ lub CaMKII. Mięśnie gładkie CaCC są również regulowane pozytywnie przez fosfatazę zależną od Ca2+, kalcyneurynę(patrz Leblanc et al., 2005 do podsumowania).

kanał chlorku Maxi: kanały Maxi CL są wysokiej przewodności, selektywne anionowo, kanały początkowo scharakteryzowane w mięśniach szkieletowych, a następnie Znalezione w wielu typach komórek, w tym neuronach, glejach, mięśniu sercowym, limfocytach, wydzielającym i absorbującym nabłonku, komórkach plamki żółtej densa nerek i ludzkich syncytiotrophoblastach łożyska (Sabirov i Okada, 2009). Fizjologiczne znaczenie kanału maxi Cl jest niepewne, ale stwierdzono rolę w regulacji objętości komórek i apoptozy. Dowody sugerują rolę kanałów maxi Cl jako szlaku przewodzącego w indukowanym obrzękiem uwalnianiu ATP z komórek myszy sutkowej c127i, które może być ważne dla sygnalizacji autokrynnej i parakrynnej przez puryny (Sabirov i wsp., 2001; Dutta et al., 2002). Podobny kanał pośredniczy w uwalnianiu ATP z komórek plamki żółtej densa w gęstym wstępowaniu pętli Henle ’ a w odpowiedzi na zmiany stężenia luminalnego NaCl (Bell et al., 2003). Rodzina ludzkich kanałów CL o wysokiej przewodności (TTYH1-3), które przypominają kanały Maxi Cl, została sklonowana (Suzuki i Mizuno, 2004), ale alternatywnie sugerowano, że kanały Maxi CL odpowiadają zależnemu od napięcia kanałowi anionowemu, VDAC, wyrażonemu w błonie plazmowej (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

różne warunki jonowe mogą przyczynić się do zmiennego oszacowania γ opisanego w literaturze. Hamowanie przez kwas arachinonowy (i cis-nienasycone kwasy tłuszczowe) jest niezależne od napięcia, występuje w miejscu wewnątrzkomórkowym i obejmuje zarówno zamknięcie kanału (Kd= 4-5 µM), jak i redukcję γ (Kd= 13-14 µM). Blokada aktywności kanału przez SITS, DIDS, Gd3+ i kwas arachidonowy jest równoległa przez zmniejszone uwalnianie ATP wywołane obrzękiem (Sabirov i wsp ., 2001); (Dutta et al., 2002). Aktywacja kanałowa przez antyestrogeny w rejestrach całych komórek wymaga obecności wewnątrzkomórkowych nukleotydów i zapobiega się jej przez wstępne leczenie 17β-estradiolem, dibutrylem cAMP lub wewnątrzkomórkową dializę z GDPßS(Diaz i wsp ., 2001). Aktywacja przez tamoksyfen jest tłumiona przez niskie stężenia kwasu okadainowego, co sugeruje, że zdarzenie defosforylacji przez fosfatazę białkową PP2A występuje w szlaku aktywacji(Diaz i wsp ., 2001). Natomiast wydaje się, że 17β-estradiol i tamoksyfen bezpośrednio hamują kanał maxi CL ludzkiego łożyska rozpuszczonego w gigantycznych liposomach i rejestrowanego w wyciętych plastrach (Riquelme, 2009).

kanały chlorkowe regulowane objętością: kanały chlorkowe aktywowane objętością (nazywane również vsoac, volume-sensitive organic osmolite/anion channel; VRC, volume-regulated channel i vsor, Volume Expansion-sensing outwardly rectifying anion channel) uczestniczą w RVD w odpowiedzi na obrzęk komórek. VRAC może być również ważny dla kilku innych procesów, w tym regulacji pobudliwości błony, transcellular CL-transport, angiogenezy, proliferacji komórek, martwicy, apoptozy i uwalniania glutaminianu z astrocytów (recenzja Niliusa i Droogmansa, 2003; Mulligan i MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC może nie być pojedynczą jednostką, ale może zamiast tego reprezentować wiele różnych kanałów, które są wyrażane w różnym stopniu w różnych tkankach i są w różny sposób aktywowane przez obrzęk komórek. Oprócz produktów ekspresji ClC-3 (patrz wyżej) kilka byłych kandydatów VRAC, w tym glikoproteina MDR1 P, Icln, Anionowy Wymiennik pasma 3 i fosfolemman, również nie jest już uważane za prawdopodobne, aby spełniały tę funkcję (patrz recenzje d ’ Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius and Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

oprócz przewodzenia anionów monowalentnych, w wielu typach komórek aktywacja VRAC przez bodziec hipotoniczny może umożliwić wypływ organicznych osmolitów, takich jak aminokwasy i poliole, które mogą przyczyniać się do RVD.

inne kanały chlorkowe: oprócz niektórych wewnątrzkomórkowych kanałów chlorkowych, które nie są tu brane pod uwagę, funkcjonalnie opisano kanały błonowe osocza inne niż wymienione. Wiele komórek i tkanek zawiera ORCC, które mogą odpowiadać vrac aktywnemu w Warunkach izotonicznych. Aktywowany cAMP kanał Cl, który nie odpowiada CFTR został opisany w komórkach jelitowych Paneth (Tsumura et al., 1998). Kanał CL aktywowany przez cGMP z zależnością od podwyższonego wewnątrzkomórkowego Ca2+ został zarejestrowany w różnych typach komórek mięśni gładkich naczyń krwionośnych, który ma farmakologię bardzo różną od „konwencjonalnego”CaCC (patrz Matchkov i wsp ., 2004; Piper and Large, 2004). Opisano również aktywowany protonem, prostujący Na Zewnątrz kanał anionowy (Lambert i Oberwinkler, 2005).