Атф индуцированное изменение внутриклеточной концентрации кальция в нейронах неокортекса крыс

  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ A.Shmigol, A.Verkhratsky & G. Isenberg (1995): Calcium-induced calcium release in rat sensory neurones. Journal of Physiology (London), 489.3 627-636. A.Shmigol,

Атф индуцированное изменение внутриклеточной концентрации кальция в нейронах неокортекса крыс

Информация

Биология

Другие материалы по предмету

Биология

Сдать работу со 100% гаранией
0 (25). Кроме того, цитозольная буферная емкость может быть опосредована АТФ, которая способна связывать значительное количество Са2+ (64). 20-50% цитозольных кальциевых буферов могут быть удалены из цитоплазмы при перфузировании клетки, что показывает их мобильность, в то время как оставшаяся часть Са2+-связывающей емкости относится к фиксированным буферам. Мобильные кальциевые буферы могут играть важную функциональную роль, способствуя диффузии ионов Са2+ в цитоплазме и распространению Са2+ сигнала по клетке. Внутриклеточное введение эндогенных Са2+ буферов (кальбиндина D28k и парвальбумина) через микропипетку приводило к увеличению скорости нарастания [Ca2+]i на несколько порядков и существенно влияло на кинетику изменения [Ca2+]i, что подтверждает роль мобильных Са2+ буферов с низким молекулярным весом в эффективном регулировании внутриклеточной концентрации кальция.

  1. Êàëüöèåâûå êàíàëû ýíäîïëàçìàòè÷åñêîãî ðåòèêóëóìà

Са2+ каналы ЭР являются олигометрическими протеинами, встроенными в мембрану ЭР. Эти каналы можно относительно легко выделить из клетки для дальнейшего структурного анализа благодаря тому, что белки канала связываются специфически и с высоким сродством с IP3 (для IP3-управляемых каналов) и с рианодином (для Са2+-управляемых каналов).

Са2+-управляемые Са2+ каналы ЭР. Эти кальциевые каналы были впервые выделены из скелетных и сердечных мышц. Оказалось, что Са2+ каналы ЭР в этих мышечных тканях имеют молекулярные различия и закодированы различными генами. Са2+ каналы ЭР в сердечных мышцах непосредственно связаны с высокопороговыми Са2+ каналами плазмалеммы (L-тип) через кальцийсвязывающие белки, образуя, таким образом, функционально активную структуру - «триаду». В скелетных мышцах деполяризация плазмалеммы прямо активирует освобождение Са2+ из саркоплазматического ретикулума благодаря тому, что Са2+ каналы плазмалеммы служат потенциал-чувствительными передатчиками активирующего сигнала непосредственно Са2+ каналам ЭР через связывающие белки (44). Таким образом, Са2+ депо скелетных мышц обладают механизмом освобождения Са2+, вызываемым деполяризацией (RyR1-тип). В отличие от скелетных мышц, саркоплазматические Са2+ каналы кардиомиоцитов не связаны с плазмалеммой, и для стимуляции освобождения Са2+ из депо требуется увеличение концентрации цитозольного кальция (RyR2-тип). ДНК, кодирующая белки двух типов каналов Са2+ освобождения, была клонирована из тканей человека и кролика, что дало возможность экспрессировать Са2+-управляемые Са2+ каналы в модельные клеточные системы. Белки, встроенные в липидный бислой, формируют чувствительные к рианодину каналы, активируемые ионами Са2+ (50 нмоль/л) в присутствии АТФ (29). Кроме этих двух типов Са2+-активируемых Са2+ каналов, недавно был идентифицирован третий тип Са2+ каналов ЭР (RyR3-тип), который является продуктом другого гена. Этот третий тип Са2+ каналов ЭР, как было показано, не чувствителен к кофеину (21). Эксперименты, проведенные на нервных тканях, продемонстрировали присутствие всех трех типов Са2+-управляемых Са2+ каналов ЭР в мозге млекопитающих, однако RyR2-тип является доминантным (38). Са2+-управляемые Са2+ каналы ЭР являются гомотетрамерами, состоящими из мономеров с молекулярным весом 500 КД (39)

IP3-управляемые Са2+ каналы ЭР. Существование IP3-управляемых Са2+ каналов впервые было обнаружено в нейронах Пуркинье. Позже было показано, что они встроены в мембрану эндоплазматического ретикулума. Структура IP3-управляемых Са2+ каналов сходна со структурой Са2+-управляемых Са2+ каналов ЭР. Они также являются гомотетрамерами с молекулярным весом мономера 260 КД. 50% этих каналов активируется 15 мкмоль/л IP3 и блокируется рутением красным и La3+. IP3-управляемые Са2+ каналы были выделены из мозга млекопитающих, и их аминокислотная последовательность была расшифрована. Было показано, что семейство генов, экспрессирующих IP3-управляемые Са2+ каналы, состоит из трех или четырех различных генов; они характеризуются различной чувствительностью к IP3 и по-разному распределены в мозге млекопитающих (45). Порог активации этих каналов варьирует между 0.2 - 0.5 мкмоль/л в нейронах Пуркинье мозжечка и возрастает до 9 мкмоль/л в астроцитах.

  1. Êàëüöèåâûå íàñîñû

Существует два семейства Са2+ насосов, ответственных за устранение ионов Са2+ из цитоплазмы: Са2+ насосы плазмалеммы и Са2+ насосы эндоплазматического ретикулума. Хотя они относятся к одному семейству белков (так называемому P-классу АТФ-аз), эти насосы обнаруживают некоторые различия в строении, функциональной активности и фармакологии.

Кальциевый насос плазмалеммы. Са2+ насос плазмалеммы, который удаляет ионы Са2+ из цитоплазмы в межклеточное пространство, был открыт в 1966 году. Молекулярные свойства Са2+ насосов плазмалеммы описаны в нескольких обзорах (18), однако достоверных данных о скорости вывода Са2+ и регуляции Са2+ насосов в нервных клетках немного. Недавно был разработан двухфлуоресцентный микрокапельный метод (58), позволяющий одновременно измерять [Ca2+]i и выход Са2+ наружу на одиночных клетках. Исследования, проведенные с помощью данного метода на нейронах моллюска и секреторных клетках, показали, что активность Са2+ насоса плазмалеммы контролируется непосредственно [Ca2+]i: увеличение концентрации цитоплазматического кальция активирует Са2+ насос (58). В нейронах моллюска около 40% ионов кальция, входящих в клетку в ответ на деполяризацию мембраны, выводится из нейрона уже во время фазы нарастания [Ca2+]i, отражая таким образом активацию кальциевого насоса плазмалеммы увеличением концентрации цитозольного Са2+ (58).

Кальциевый насос эндоплазматического ретикулума. Во многих эукариотических клетках, наряду с Са2+ насосом плазмалеммы, существует кальциевый насос сарко(эндо)плазматического ретикулума (SERCA). В настоящее время описано по крайней мере 3 различных изоформы SERCA-насосов в клетках млекопитающих. SERCA1-подтип сосредоточен исключительно в быстрых скелетных мышцах, SERCA2-насосы широко распространены в других тканях. Значимость SERCA3-насосов менее ясна (13). Белки SERCA2-насосов разделяются на две различные изоформы: SERCA2а, характерные для кардиомиоцитов и гладких мышц, и SERCA2b, характерные для тканей мозга. Предполагается, что насосы SERCA различными способами регулируются цитоплазматической и интралюминальной концентрациями Са2+: Увеличение [Ca2+]i активирует захват ионов кальция в ЭР, в то время как увеличение свободного кальция внутри ЭР ингибирует насосы SERCA (12). Насосы SERCA эффективно и селективно блокируются тапсигаргином в наномолярных концентрациях (37) и микромолярными концентрациями циклопиазоновой кислоты. Однако, тапсигаргин вызывает также блокаду потенциал-управляемых кальциевых каналов плазмалеммы, как это показано на клетках коркового слоя надпочечников и на сенсорных нейронах (Shmigol et al., 1995), поэтому его следует использовать с некоторой осторожностью.

  1. Êàëüöèåâûå îáìåííèêè

Дополнительным механизмом, ответственным за вывод ионов кальция из цитоплазмы, является натрий-кальциевый обменник, который выводит Са2+, используя энергию натриевого электрохимического градиента. Наличие Na+- Са2+ обменника было показано в различных типах возбудимых и невозбудимых клеток; в клетках нервной системы он был обнаружен в конце 60-х годов (9). В нейронах моллюска, помещенных в среду с пониженным натрием (т.е. с обратным натриевым градиентом), наблюдалось увеличение [Ca2+]i, что является результатом работы обменника в инвертированной форме. Однако, вклад Na+- Са2+ обменника в регуляцию [Ca2+]i в нейронах млекопитающих до сих пор не оценен. В некоторых работах было показано, что обменник принимает незначительное участие в удалении цитоплазматического Са2+, в то время как в других работах представлены данные о том, что обменник играет существенную роль в переносе Са2+ через мембрану (57).

  1. Ñà2+-ñâÿçûâàþùèå îðãàíåëëû

Кроме быстрого связывания цитозольного Са2+ внутриклеточными Са2+-связывающими белками, ионы кальция, попадающие в цитозоль, могут аккумулироваться аппаратом Гольджи или клеточным ядром, захватываться митохондриальными Са2+ депо, имеющими достаточно невысокое сродство к Са2+, или быстрыми депо, связанными с ЭР или СР, имеющими высокое сродство к Са2+. Однако если [Ca2+]i превышает 0,5 мкмоль/л, наблюдается существенное перераспределение [Ca2+]i в область митохондрий. Буферные системы митохондрий принимают участие в удалении избыточного Са2+ из цитоплазмы в клетках кишечника, некоторых типах нервных клеток (59) и в секреторных клетках после повышения [Ca2+]i, стимулированного агонистами. Связывание кальция митохондриями обеспечивается активностью систем, расположенных на внутренней митохондриальной мембране. Са2+ поступает в митохондрии по электрохимическому градиенту; разность потенциалов, обеспечивающая транспорт кальция, создается переносом электронов во время клеточного дыхания и связанного с ним переносом протонов. Перенос электронов по дыхательной цепи является основным механизмом, обеспечивающим энергетику транспорта кальция. Подавление дыхательной цепи карбонил-цианид-м-хлорофенил-гидразоном (СССР) эффективно блокирует аккумуляцию кальция митохондриями (41).

  1. Влияние АТФ на кальциевый гомеостаз

Последние исслед

Похожие работы

< 1 2 3 4 5 6 > >>