Kloridkanaler | Anne Marie

översikt: kloridkanaler är en funktionellt och strukturellt mångfaldig grupp av anjonselektiva kanaler som är involverade i processer inklusive reglering av excitabiliteten hos neuroner, skelett -, hjärt-och glattmuskel, cellvolymreglering, transepitelial salttransport, försurning av inre och extracellulära fack, cellcykeln och apoptos (granskad av Nilius och Droogmans, 2003). Exklusive de sändargrindade GABA-och glycinreceptorerna (se separata tabeller) kan välkarakteriserade kloridkanaler klassificeras som vissa medlemmar i den spänningskänsliga ClC-underfamiljen, kalciumaktiverade kanaler, hög-(maxi) konduktanskanaler, cystisk fibros transmembran konduktansregulator (CFTR) och volymreglerade kanaler (Verkman och Galietta, 2009). Det finns ingen officiell rekommendation angående klassificering av kloridkanaler. Funktionella kloridkanaler som har klonats från eller karakteriserats inom däggdjursvävnader listas.

ClC-familj: däggdjursfamiljen (granskad av Nilius och Droogmans, 2003; Chen, 2005; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008) innehåller nio medlemmar som faller i tre grupper; ClC-1, ClC-2, hClC-Ka (rClC-K1) och hClC-Kb (rClC-K2); ClC-3 till ClC-5 och ClC-6 och -7. ClC – 1 och ClC-2 är plasmamembrankloridkanaler liksom ClC-Ka och ClC-Kb (till stor del uttryckt i njuren) när de är associerade med barttin (ENSG00000162399), ett 320 aminosyra 2TM-protein (est Excepilivez et al., 2001). Lokaliseringen av CIC-3, ClC-4 och ClC-5 kommer sannolikt att vara övervägande intracellulär, och nya rapporter indikerar att ClC-4, ClC-5 och ClC-7 (och genom inferens ClC-3 och ClC-6) fungerar som Cl-/H+ antiporters, snarare än klassiska Cl – kanaler (Picollo och Pusch, 2005; Scheel et al., 2005; Graves et al., 2008; recenserad av Miller, 2006; Pusch et al., 2006). En intracellulär plats har visats för ClC – 6 och ClC-7 (granskad av Jentsch, 2008). Alternativ skarvning ökar den strukturella mångfalden inom CLC-familjen. Kristallstrukturen hos två bakteriella ClC-kanaler har beskrivits (Dutzler et al., 2002). Varje ClC-subenhet, med en komplex topologi av 18 intramembransegment, bidrar med en enda pore till en dimerisk ’dubbelpipig’ ClC-kanal som innehåller två oberoende gated porer, vilket bekräftar förutsägelserna från tidigare funktionella och strukturella undersökningar (granskad av Chen, 2005; Pusch et al., 2006; Dutzler, 2007; Jentsch, 2008). Som hittades för ClC-4, ClC-5 och ClC-7 fungerar den prokaryota ClC – homologen (ClC-ec1) som en H+/Cl-antiporter, snarare än som en jonkanal (Accardi och Miller, 2004).

ClC-kanaler visar permeabilitetssekvensen Cl – > Br – > I- (vid fysiologiskt pH); för ClC-3 i- > Cl – har också hävdats. ClC – 1 har signifikant öppningssannolikhet vid vilande membranpotential och står för 75% av membrankonduktansen i vila i skelettmuskel och är viktig för stabilisering av membranpotentialen. S-(-) CPP, a-9-C och nifluminsyra verkar intracellulärt och uppvisar ett starkt spänningsberoende block med stark hämning vid negativa spänningar och lindring av block vid depolariserade potentialer (Liantonio et al., 2007 och granskad av Pusch et al., 2002). Hämning av ClC-2 av peptiden GaTx2, från Leiurus quinquestriatus herbareus gift, kommer sannolikt att ske genom hämning av kanalgrindning, snarare än direkt öppen kanalblockad (Thompson et al., 2009). Även om ClC-2 kan aktiveras genom cellsvullnad, motsvarar den inte den volymreglerade anjonkanalen (VRAC) (se nedan). Alternativa potentiella fysiologiska funktioner för ClC-2 granskas av Planells-Cases och Jentsch (2009). Funktionellt uttryck av humant ClC-Ka och ClC-Kb kräver närvaro av barttin (Estuzilvez et al., 2001; Scholl et al., 2006). Gnagarhomologen (ClC-K1) av ClC-Ka demonstrerar begränsat uttryck som en homomer, men dess funktion förbättras av barttin som ökar både kanalöppningssannolikheten i det fysiologiska området av potentialer och enkelkanalkonduktans (Estcuberginez et al., 2001; Scholl et al., 2006). ClC-Ka är ungefär femfaldigt till sexfaldigt känsligare för att blockera med 3-fenyl-CPP och did än ClC-Kb, medan nysyntetiserade bensofuranderivat visade samma blockeringsaffinitet (<10 kg) på båda CLC-k-isoformerna (Liantonio et al., 2008). De biofysiska och farmakologiska egenskaperna hos ClC-3 och förhållandet mellan proteinet och den endogena VRAC (se Guan et al., 2006; Alekov och Fahlke, 2008) är kontroversiella och ytterligare komplicerade av möjligheten att ClC-3 kan fungera som både en CL-/H+ – växlare och en jonkanal (Picollo och Pusch, 2005; Wang et al., 2006; Alekov och Fahlke, 2008). De funktionella egenskaperna i tabellform är de som överensstämmer mest med det nära strukturella förhållandet mellan ClC-3, ClC-4 och ClC-5. Aktivering av heterologt uttryckt ClC – 3 genom cellsvullnad som svar på hypotoniska lösningar ifrågasätts, liksom många andra aspekter av dess reglering. CIC – 4 kan fungera i två transportsätt: ett glidläge där det fungerar som en jonkanal och ett växlarläge där enhetlig transporthastighet är 10 gånger lägre (Alekov och Fahlke, 2009). ClC-7 associerar med en underenhet av Oi-typ, Ostm1, vilket ökar stabiliteten hos den tidigare (Lange et al., 2006).

CFTR: CFTR, ett 12TM, ABC-typprotein, är en cAMP-reglerad epitelcellmembran Cl-kanal involverad i normal vätsketransport över olika epitel. Den vanligaste mutationen i CFTR (dvs. deletionsmutanten, EXCEPTIONALF508) resulterar i nedsatt handel med CFTR och minskar dess införlivande i plasmamembranet och orsakar cystisk fibros. Kanaler som bär en mutation av USC508 som gör trafik till plasmamembranet visar grinddefekter. Förutom att fungera som en anjonkanal i sig kan CFTR fungera som en regulator för flera andra konduktanser inklusive hämning av epitel-Na-kanalen (ENaC), kalciumaktiverade kloridkanaler (CaCC) och VRAC, aktivering av den utåt likriktande kloridkanalen (ORCC) och förbättring av sulfonylureakänsligheten hos den yttre medullära kaliumkanalen (ROMK2) (granskad av Nilius och Droogmans, 2003). CFTR reglerar också TRPV4, som ger Ca2+ – signalen för regulatorisk volymminskning (RVD) i luftvägsepitel (Arniges et al., 2004). Aktiviteterna för CFTR och kloridbikarbonatbytarna SLC26A3 (DRA) och SLC26A6 (PAT1) förstärks ömsesidigt av en fysisk koppling mellan CFTR: s regulatoriska (R) domän och SCL26-transportörernas stas-domän, en effekt som underlättas av PKA-medierad fosforylering av CFTR: s r-domän (Ko et al., 2004).

Korrektionsföreningar som hjälper till med vikningen av 608 CFTR för att öka mängden protein som uttrycks och potentiellt levereras till cellytan inkluderar VX-532 (som också är en potentiator), Corr-3a och Corr-4a . Hämning av CFTR genom intracellulär applicering av peptiden GaTx1, från Leiurus quinquestriatus herbareus gift, förekommer företrädesvis för kanalens slutna tillstånd (Fuller et al., 2007). CFTR innehåller två cytoplasmatiska nukleotidbindande domäner (NBD) som binder ATP. En enda öppen stängningscykel antas involvera, i följd: bindning av ATP vid N-terminalen NBD1, ATP-bindning till C-terminalen NBD2 som leder till bildandet av en intramolekylär NBD1-NBD2-dimer associerad med det öppna tillståndet och efterföljande ATP-hydrolys vid NBD2 som underlättar dissociation av dimer och kanalstängning och initiering av en ny grindcykel (Aleksandrov et al., 2007; Muallem och Vergani, 2009). Fosforylering av PKA på platser inom en cytoplasmatisk reglerande (R) domän underlättar interaktionen mellan de två NBD-domänerna. PKC (och PKGII i tarmepitelceller via guanylinstimulerad cGMP-bildning) reglerar positivt CFTR-aktivitet.

Kalciumaktiverad kloridkanal: kloridkanaler aktiverade av intracellulärt kalcium (CaCC) uttrycks allmänt i exciterbara och icke-exciterbara celler där de utför olika funktioner (Hartzell et al., 2005). CACC: s molekylära natur är oklar med både CLCA-gener och bästa gener som har betraktats som troliga kandidater (Loewen och Forsythe, 2005; Hartzell et al., 2008). Det är nu accepterat att CLCA-expressionsprodukter sannolikt inte bildar kanaler i sig och förmodligen fungerar som celladhesionsproteiner eller utsöndras (Patel et al., 2009). De bestrofiner som kodas av gener hbest1-4 har en topologi som är mer konsekvent med jonkanaler (se Hartzell et al., 2008) och bildar kloridkanaler som aktiveras av fysiologiska koncentrationer av Ca2+, men huruvida sådan aktivering är direkt är inte känd (Hartzell et al., 2008). Strömmar som genereras av bästa överuttryck liknar emellertid inte inhemska CaCC-strömmar. Nyligen har en ny genfamilj, TMEM16 (anoctamin-1), identifierats som producerar Ca2+-aktiverade Cl – strömmar med kinetik som liknar infödda CaCC-strömmar registrerade från olika celltyper (Caputo et al., 2008; Schroeder et al., 2008; Yang et al., 2008; Pifferi et al., 2009; Rock et al., 2009). Knockout av TMEM16 avskaffar CaCC i flera epitelvävnader (Yang et al., 2008)

blockad av ICl (Ca) av nifluminsyra, DIDS och 9-AC är spänningsberoende medan block av NPPB är spänningsoberoende (Hartzell et al., 2005). Extracellulär nifluminsyra, DCDPC och A-9-C (men inte did) utövar en komplex effekt på ICl(Ca) i vaskulär glatt muskulatur, vilket förstärker och hämmar inåt och utåt riktade strömmar på ett sätt som är beroende av i (se Leblanc et al., 2005 för sammanfattning). Betydande crossover i farmakologi med stor konduktans Ca2+-aktiverade K+ kanaler finns också (se Greenwood och Leblanc, 2007 för översikt). Två nya föreningar, CaCCinh-A01 och CaCCinh-B01, har nyligen identifierats som blockerare av CaCC i T84 humana tarmepitelceller (se De La Fuente et al., 2008 för strukturer). CaMKII modulerar CaCC på ett vävnadsberoende sätt (granskat av Hartzell et al., 2005; Leblanc et al., 2005). CaMKII-hämmare blockerar aktivering av ICl(Ca) I T84-celler men har ingen effekt i parotid-acinarceller. I trakeala och arteriella glatta muskelceller, men inte portalvenmyocyter, minskar hämning av CaMKII inaktivering av ICl(Ca). Intracellulära Ins(3,4,5,6)P4 kan fungera som en endogen negativ regulator av CaCC-kanaler aktiverade av Ca2+ eller CaMKII. Glatt muskulatur CACC regleras också positivt av Ca2 + – beroende fosfatas, kalcineurin (se Leblanc et al., 2005 för sammanfattning).

Maxi kloridkanal: Maxi Cl-kanaler är högkonduktans, anjonselektiva, kanaler som initialt karakteriseras i skelettmuskel och därefter finns i många celltyper inklusive neuroner, glia, hjärtmuskel, lymfocyter, utsöndrande och absorberande epitel, makula densa-celler i njurarna och mänskliga placenta syncytiotrofoblaster (Sabirov och Okada, 2009). Den fysiologiska betydelsen av maxi Cl-kanalen är osäker, men roller i cellvolymreglering och apoptos har hävdats. Bevis tyder på en roll för maxi Cl-kanaler som en ledande väg i svullnad-inducerad frisättning av ATP från mus Bröst c127i-celler som kan vara viktiga för autokrin och parakrin signalering av puriner (Sabirov et al., 2001; Dutta et al., 2002). En liknande kanal medierar ATP-frisättning från macula densa-celler inom den tjocka uppstigningen av Henles slinga som svar på förändringar i luminal NaCl-koncentration (Bell et al., 2003). En familj av mänskliga Högkonduktans Cl-kanaler (TTYH1-3) som liknar Maxi Cl – kanaler har klonats (Suzuki och Mizuno, 2004), men alternativt har Maxi Cl – kanaler också föreslagits motsvara den spänningsberoende anjonkanalen, VDAC, uttryckt vid plasmamembranet (Bahamonde et al., 2003; Okada et al., 2004).

olika Joniska förhållanden kan bidra till variabla uppskattningar av det som rapporterats i litteraturen. Hämning av arakinonsyra (och cis-omättade fettsyror) är spänningsoberoende, uppträder vid en intracellulär plats och involverar både kanalavstängning (Kd= 4-5 kg) och en minskning av KG (Kd= 13-14 kg). Blockad av kanalaktivitet genom SITS, DIDS, Gd3+ och arakidonsyra parallellt med minskad svällningsinducerad frisättning av ATP (Sabirov et al., 2001); (Dutta et al., 2002). Kanalaktivering av antiöstrogener i hela cellinspelningar kräver närvaro av intracellulära nukleotider och förhindras genom förbehandling med 17 oz., 2001). Aktivering av tamoxifen undertrycks av låga koncentrationer av okadainsyra, vilket tyder på att en defosforyleringshändelse med proteinfosfatas PP2A inträffar i aktiveringsvägen (Diaz et al., 2001). I motsats härtill verkar 17 msk-östradiol och tamoxifen direkt hämma maxi Cl-kanalen hos human placenta rekonstituerad i jätte liposomer och registreras i utskurna fläckar (Riquelme, 2009).

Volymreglerade kloridkanaler: Volymaktiverade kloridkanaler (även kallad VSOAC, volymkänslig organisk osmolyt/anjonkanal; VRC, volymreglerad kanal och VSOR, volymutvidgning-avkänning utåt likriktande anjonkanal) deltar i RVD som svar på cellsvullnad. VRAC kan också vara viktigt för flera andra processer inklusive reglering av membranexcitabilitet, transcellulär Cl – transport, angiogenes, cellproliferation, nekros, apoptos och glutamatfrisättning från astrocyter (granskad av Nilius och Droogmans, 2003; Mulligan och MacVicar, 2006; Okada et al., 2009). VRAC kan inte vara en enda enhet, men kan istället representera ett antal olika kanaler som uttrycks i varierande utsträckning i olika vävnader och differentiellt aktiveras av cellsvullnad. Förutom ClC-3-expressionsprodukter (se ovan) flera tidigare vrac-kandidater inklusive MDR1 P-glykoprotein, Icln, Band 3-anjonbytare och fosfolemman anses inte längre sannolikt att uppfylla denna funktion (Se recensioner av d ’ Anglemont de Tassigny et al., 2003; Nilius och Droogmans, 2003; Sardini et al., 2003).

förutom att leda monovalenta anjoner kan aktiveringen av VRAC med en hypotonisk stimulans i många celltyper tillåta utflödet av organiska osmolyter såsom aminosyror och polyoler som kan bidra till RVD.

andra kloridkanaler: förutom vissa intracellulära kloridkanaler som inte beaktas här har andra plasmamembrankanaler än de som anges beskrivits funktionellt. Många celler och vävnader innehåller ORCC som kan motsvara VRAC active under isotoniska förhållanden. En cAMP-aktiverad Cl-kanal som inte motsvarar CFTR har beskrivits i intestinala Panetceller (Tsumura et al., 1998). En Cl-kanal aktiverad av cGMP med ett beroende av upphöjd intracellulär Ca2+ har registrerats i olika typer av vaskulära glatta muskelceller, som har en farmakologi som skiljer sig mycket från den ’konventionella’ CaCC (se Matchkov et al., 2004; Piper och Large, 2004). En protonaktiverad, Utåtriktad anjonkanal har också beskrivits (Lambert och Oberwinkler, 2005).