Chloridekanalen | Anne Marie

overzicht: chloridekanalen zijn een functioneel en structureel diverse groep van anion-selectieve kanalen die betrokken zijn bij processen, waaronder de regulatie van de prikkelbaarheid van neuronen, skeletachtige, cardiale en gladde spieren, celvolumeregulatie, transepitheliaal zouttransport, de verzuring van interne en extracellulaire compartimenten, de celcyclus en apoptose (beoordeeld door Nilius en Droogmans, 2003). Met uitzondering van de transmitter-gated GABA en glycine receptoren (zie afzonderlijke tabellen), kunnen goed gekarakteriseerde chloride kanalen worden geclassificeerd als bepaalde leden van de spanningsgevoelige CLC subfamilie, calcium-geactiveerde kanalen, hoge (maxi) geleidingskanalen, de cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) en volume-gereguleerde kanalen (Verkman en Galietta, 2009). Er bestaan geen officiële aanbevelingen met betrekking tot de classificatie van chloridekanalen. Functionele chloridekanalen die zijn gekloond uit, of gekarakteriseerd binnen, zoogdierweefsels worden vermeld.

CLC-familie: de zoogdierfamilie ClC (beoordeeld door Nilius en Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) bevat negen leden die in drie groepen vallen; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) en Hclc-Kb (rClC-K2); ClC-3 tot ClC-5, en ClC-6 en -7. ClC-1 en ClC-2 zijn plasmamembraan chloride kanalen net als ClC-Ka en ClC-Kb (grotendeels uitgedrukt in de nier) wanneer geassocieerd met barttin (ENSG00000162399), een 320 aminozuur 2TM eiwit (Estévez et al., 2001). De lokalisatie van CIC-3, ClC-4 en ClC-5 is waarschijnlijk voornamelijk intracellulair, en recente rapporten geven aan dat ClC – 4, ClC-5 en ClC-7 (en door gevolgtrekking ClC-3 en ClC-6) functioneren als cl-/H+ antiporters, in plaats van klassieke Cl – kanalen (Picollo and Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; beoordeeld door Miller, 2006; Pusch et al., 2006). Een intracellulaire locatie is aangetoond voor ClC-6 en ClC-7 (beoordeeld door Jentsch, 2008). Alternatieve splicing vergroot de structurele diversiteit binnen de ClC-familie. De kristalstructuur van twee bacteriële CLC kanalen is beschreven (Dutzler et al., 2002). Elke ClC-subeenheid, met een complexe topologie van 18 intramembrane segmenten, draagt een enkele porie bij aan een dimerisch ClC-kanaal dat twee onafhankelijk gated poriën bevat, wat de voorspellingen bevestigt van eerdere functionele en structurele onderzoeken (beoordeeld door Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Zoals gevonden voor ClC-4, ClC-5 en ClC-7, functioneert prokaryotic CLC homologue (ClC-ec1) als H+/CL – antiporter, eerder dan als ionenkanaal (Accardi en Miller, 2004).

ClC-kanalen vertonen de permeabiliteitsvolgorde Cl – > Br – > I – (bij fysiologische pH); voor ClC-3 I- > is ook CL – geclaimd. ClC-1 heeft significante openingswaarschijnlijkheid bij het rusten van membraanpotentiaal, die 75% van de membraangeleiding in rust in skeletachtige spier goed maken, en is belangrijk voor stabilisatie van het membraanpotentiaal. S-(-) CPP, A-9-C en niflumaatzuur werken intracellulair en vertonen een sterk spanningsafhankelijk blok met sterke remming bij negatieve spanningen en verlichting van blok bij gedepolariseerde potentialen (Liantonio et al., 2007 en beoordeeld door Pusch et al., 2002). Remming van ClC-2 door het peptide GaTx2, afkomstig van Leiurus quinquestriatus herbareus venom, zal waarschijnlijk optreden door remming van kanaalsluiting, in plaats van directe open kanaalblokkade (Thompson et al., 2009). Hoewel ClC-2 kan worden geactiveerd door celzwelling, komt het niet overeen met het volume-gereguleerde anion kanaal (VRAC) (zie hieronder). Alternatieve potentiële fysiologische functies voor ClC-2 worden beoordeeld door Planells-Cases en Jentsch (2009). Functionele expressie van menselijke ClC-Ka en ClC-Kb vereist de aanwezigheid van barttin (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). De knaagdierhomoloog (ClC-K1) van ClC-Ka vertoont een beperkte expressie als homomeer, maar zijn functie wordt versterkt door Bartin dat zowel kanaalopening waarschijnlijkheid verhoogt in het fysiologische bereik van potentialen als enkelkanaalgeleiding (Estévez et al., 2001; Scholl et al., 2006). ClC-Ka is ongeveer vijf-tot zesmaal gevoeliger voor blok door 3-fenyl-CPP en DIDS dan ClC-Kb, terwijl nieuw gesynthetiseerde benzofuranderivaten dezelfde blokkeringsaffiniteit (<10 µM) vertoonden op beide CLC-K-isovormen (Liantonio et al., 2008). De biofysische en farmacologische eigenschappen van ClC-3 en de relatie van het eiwit tot de endogene VRAC (zie Guan et al., 2006; Alekov and Fahlke, 2008) zijn controversieel en verder gecompliceerd door de mogelijkheid dat ClC-3 kan functioneren als zowel een CL – / H+ wisselaar als een ionenkanaal (Picollo and Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekov en Fahlke, 2008). De functionele eigenschappen in tabelvorm komen het meest overeen met de nauwe structurele relatie tussen ClC-3, ClC-4 en ClC-5. Activering van heteroloog uitgedrukt ClC-3 door celzwelling in reactie op hypotone oplossingen wordt betwist, net als vele andere aspecten van de regulatie. CIC-4 kan werken in twee transportmodi: een slippage modus waarin gedraagt zich als een ionenkanaal en een wisselaar modus waarin unitaire transportsnelheid is 10-voudig lager (Alekov en Fahlke, 2009). ClC-7 associeert met een β-subeenheid, Ostm1, die de stabiliteit van de voormalige verhoogt (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, een 12TM-eiwit van het ABC-type, is een CL-kanaal van het cAMP – gereguleerde epitheliale celmembraan dat betrokken is bij normaal vloeistoftransport over verschillende epithelia. De meest voorkomende mutatie in CFTR (d.w.z. de deletie mutant, ΔF508) resulteert in een verminderde handel in CFTR en vermindert de opname ervan in het plasmamembraan, wat cystische fibrose veroorzaakt. Kanalen die de ΔF508-mutatie dragen die verkeer naar het plasmamembraan veroorzaken, vertonen gating-defecten. Naast acteren als een anion kanaal per se, CFTR kan fungeren als een regulator van verschillende andere conductances waaronder remming van het epitheel Na kanaal (ENaC), calcium-geactiveerd chloride kanalen (CaCC) en VRAC, activering van de naar buiten verhelpen van chloride kanaal (ORCC), en de versterking van de enz.) gevoeligheid van de renale buitenste medullaire kalium kanaal (ROMK2) (beoordeeld door Nilius en Droogmans, 2003). CFTR reguleert ook TRPV4, die het Ca2+ signaal voor regulatory volume Reduction (RVD) in de luchtweg epithelia (Arniges et al., 2004). De activiteiten van CFTR en de chloride-bicarbonaatwisselaars SLC26A3 (DRA) en SLC26A6 (PAT1) worden wederzijds versterkt door een fysieke associatie tussen het regulerende (R) domein van CFTR en het STAS domein van de scl26 transporters, een effect dat wordt gefaciliteerd door PKA-gemedieerde fosforylering van het R domein van CFTR (Ko et al., 2004).

de Correctorsamenstellingen die het vouwen van ΔF508CFTR helpen om de hoeveelheid eiwit te verhogen die wordt uitgedrukt en potentieel aan de celoppervlakte wordt geleverd omvatten VX-532( die ook een potentiator is), Corr-3a en Corr-4a . Remming van CFTR door intracellulaire toepassing van het peptide GaTx1, van Leiurus quinquestriatus herbareus venom, treedt bij voorkeur op voor de gesloten toestand van het kanaal (Fuller et al., 2007). CFTR bevat twee cytoplasmatische nucleotidebindingsdomeinen (NBDs) die ATP binden. Een enkele open-closing cyclus wordt verondersteld te betrekken, in volgorde: binding van ATP aan de N-terminal NBD1, ATP binding aan de C-terminal NBD2 leidt tot de vorming van een intramoleculaire nbd1-NBD2 dimeer geassocieerd met de open toestand, en daaropvolgende ATP hydrolyse bij NBD2 faciliteren dissociatie van het dimeer en kanaal sluiten, en de initiatie van een nieuwe gating cyclus (Aleksandrov et al., 2007; Muallem and Vergani, 2009). Phosphorylation door PKA bij plaatsen binnen een cytoplasmic regelgevende (R) domein vergemakkelijkt de interactie van de twee NBD domeinen. PKC (en PKGII binnen intestinale epitheliale cellen via guanylin-gestimuleerde cGMP vorming) positief regelen CFTR activiteit.

Calciumgeactiveerde chloridekanalen: chloridekanalen die door intracellulair calcium (CaCC) worden geactiveerd, worden op grote schaal uitgedrukt in exciteerbare en niet-exciteerbare cellen, waar zij diverse functies vervullen (Hartzell et al., 2005). De moleculaire aard van CaCC is onduidelijk met zowel CLCA genen en beste genen worden beschouwd als waarschijnlijke kandidaten (Loewen and Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Het wordt nu geaccepteerd dat CLCA-expressieproducten waarschijnlijk geen kanalen vormen en waarschijnlijk functioneren als celadhesieproteïnen, of worden uitgescheiden (Patel et al., 2009). De bestrophins gecodeerd door genen hbest1-4 hebben een topologie meer consistent met ionenkanalen (zie Hartzell et al., 2008) en vormen chloridekanalen die worden geactiveerd door fysiologische concentraties van Ca2+, maar of een dergelijke activering direct is, is niet bekend (Hartzell et al., 2008). Echter, stromen gegenereerd door de beste overexpressie lijken niet op inheemse CaCC stromen. Onlangs is een nieuwe genfamilie, tmem16 (anoctamine-1), geà dentificeerd die Ca2+-geactiveerde Cl – stromen produceert met kinetiek vergelijkbaar met inheemse CaCC stromen geregistreerd uit verschillende celtypen (Caputo et al., 2008; Schroeder et al., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). Knockout van TMEM16 schaft CaCC in verschillende epitheliale weefsels (Yang et al., 2008)

Blokkade van de ICl(Ca) door niflumic zuur, Did ‘ s en 9-AC voltage-afhankelijke terwijl blokkeren door NPPB is de spanning die-onafhankelijk (Hartzell et al., 2005). Extracellulair niflumaatzuur, DCDPC en A-9-C(maar geen DIDS) oefenen een complex effect uit op ICl (Ca) in de gladde spieren van de bloedvaten, waardoor de naar binnen en naar buiten gerichte stromen worden versterkt en geremd op een manier die afhankelijk is van i (zie Leblanc et al., 2005 voor samenvatting). Er bestaat ook een aanzienlijke crossover in de farmacologie met grote geleidbaarheid Ca2+-geactiveerde K+ kanalen (zie Greenwood en Leblanc, 2007 voor overzicht). Twee nieuwe verbindingen, CaCCinh-A01 en CaCCinh-B01, zijn onlangs geïdentificeerd als blokkers van CaCC in T84 menselijke intestinale epitheliale cellen (zie De La Fuente et al., 2008 voor structuren). CaMKII moduleert CaCC op een weefsel-afhankelijke manier (beoordeeld door Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). CaMKII-remmers blokkeren de activering van ICl(Ca) in T84-cellen, maar hebben geen effect in parotis-acinaire cellen. In tracheale en arteriële gladde spiercellen, maar niet in poortader myocyten, vermindert remming van CaMKII de inactivatie van ICl(Ca). Intracellulaire Ins (3,4,5,6)P4 kan fungeren als een endogene negatieve regulator van CaCC kanalen geactiveerd door Ca2+, of CaMKII. Gladde spier CaCC worden ook positief gereguleerd door Ca2 + – afhankelijke fosfatase, calcineurine (zie Leblanc et al., 2005 voor samenvatting).

Maxi-chloridekanaal: Maxi-Cl-kanalen zijn hooggeleidingskanalen, anionselectief, kanalen die aanvankelijk werden gekarakteriseerd in skeletspieren en vervolgens werden aangetroffen in vele celtypen, waaronder neuronen, glia, hartspier, lymfocyten, secreterende en absorberende epitheliecellen, macula densa-cellen van de nieren en humane placenta syncytiotrofoblasten (Sabirov and Okada, 2009). De fysiologische betekenis van het maxi Cl – kanaal is onzeker, maar rollen in de regulering van het celvolume en apoptosis zijn geclaimd. Bewijs suggereert een rol voor maxi Cl-kanalen als een geleidende route in de zwelling-geïnduceerde afgifte van ATP van muizen Borst c127i cellen die belangrijk kunnen zijn voor autocrine en paracrine signalering door purines (Sabirov et al., 2001; Dutta et al., 2002). Een soortgelijk kanaal bemiddelt ATP-afgifte van macula densa-cellen binnen de dikke opklimming van de lus van Henle in reactie op veranderingen in de luminale NaCl-concentratie (Bell et al., 2003). Een familie van menselijke Hooggeleidings-Cl – kanalen (ttyh1-3) die op Maxi – Cl – kanalen lijken is gekloond (Suzuki en Mizuno, 2004), maar als alternatief zijn Maxi-CL-kanalen ook voorgesteld om overeen te komen met het spanningsafhankelijke anionkanaal, VDAC, uitgedrukt in het plasmamembraan (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

verschillende Ionische omstandigheden kunnen bijdragen tot variabele schattingen van γ gerapporteerd in de literatuur. Remming door arachinonzuur (en CIS-onverzadigde vetzuren) is spanningsonafhankelijk, komt op een intracellulaire plaats voor en impliceert zowel kanaal stilgelegd (Kd= 4-5 µM) als een vermindering van γ (Kd= 13-14 µM). Blokkade van kanaalactiviteit door SITS, DIDS, Gd3+ en arachidonzuur wordt parallel gehouden met een verminderde zwelling-geïnduceerde afgifte van ATP (Sabirov et al., 2001); (Dutta et al., 2002). Kanaalactivering door anti-oestrogenen in hele celopnames vereist de aanwezigheid van intracellulaire nucleotiden en wordt voorkomen door voorbehandeling met 17β-oestradiol, dibutryl cAMP of intracellulaire dialyse met GDPßS (Diaz et al., 2001). De activering door tamoxifen wordt onderdrukt door lage concentraties van okadaic zuur, die suggereren dat een dephosphorylation gebeurtenis door eiwitfosfatase PP2A in de activeringsweg voorkomt (Diaz et al., 2001). Daarentegen lijken 17β-estradiol en tamoxifen het maxi Cl – kanaal van de menselijke placenta direct te remmen, gereconstitueerd in gigantische liposomen en geregistreerd in uitgesneden pleisters (Riquelme, 2009).

Volume-gereguleerde chloridekanalen: Volume-geactiveerde chloridekanalen (ook wel vsoac genoemd, volume-gevoelig organisch osmolyte/anionkanaal; VRC, volume-gereguleerd kanaal en VSOR, volume-expansion-sensing outward rectifying anion channel) nemen deel aan RVD als reactie op celzwelling. VRAC kan ook belangrijk zijn voor verschillende andere processen, waaronder de regulatie van membraanexciteerbaarheid, transcellulaire Cl – transport, angiogenese, celproliferatie, necrose, apoptose en glutamaatversie van astrocyten (herzien door Nilius en Droogmans, 2003; Mulligan en MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC kan niet één entiteit zijn, maar kan in plaats daarvan een aantal verschillende kanalen vertegenwoordigen die in verschillende mate tot expressie komen in verschillende weefsels en verschillend worden geactiveerd door celzwelling. Naast CLC-3 expressieproducten (zie hierboven) worden ook verscheidene voormalige vrac-kandidaten waaronder MDR1 P-glycoproteïne, Icln, Band 3 anionenwisselaar en phospholemman geacht deze functie niet langer te vervullen (Zie reviews door D ‘ Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius and Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

naast het uitvoeren van monovalente anionen, kan in veel celtypen de activering van VRAC door een hypotone stimulus de efflux van organische osmolyten zoals aminozuren en polyolen toestaan die aan RVD kunnen bijdragen.

andere chloridekanalen: naast enkele intracellulaire chloridekanalen die hier niet worden overwogen, zijn andere dan de vermelde plasmamembraankanalen functioneel beschreven. Veel cellen en weefsels bevatten ORCC die kunnen overeenkomen met vrac actief onder isotone omstandigheden. Een cAMP-geactiveerd Cl – kanaal dat niet overeenkomt met CFTR is beschreven in intestinale Paneth cellen (Tsumura et al., 1998). Een Cl-kanaal geactiveerd door cGMP met een afhankelijkheid van verhoogd intracellulair Ca2+ is geregistreerd in verschillende vasculaire gladde spiercellen, die een farmacologie hebben die sterk verschilt van de ‘conventionele’ CaCC (zie Matchkov et al., 2004; Piper and Large, 2004). Er is ook een proton-geactiveerd, naar buiten gericht anionkanaal beschreven (Lambert en Oberwinkler, 2005).