Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál Goldman-Hodgkins-Katz μ i = μ i std + RT ln a i Kémiai potenciál Elektrokémiai potenciál Nernst Szemipermeábilis.

Az előadások a következő témára: "Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál Goldman-Hodgkins-Katz μ i = μ i std + RT ln a i Kémiai potenciál Elektrokémiai potenciál Nernst Szemipermeábilis."— Előadás másolata:

1 Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál Goldman-Hodgkins-Katz μ i = μ i std + RT ln a i Kémiai potenciál Elektrokémiai potenciál Nernst Szemipermeábilis membránon át egyensúlyi ioneloszlás (egyensúlyi potenciál kb), ha az ionok szabadon mozoghatnak a membránon át ( Nernst) Zárt ioncsatornák; működő ionpumpák, transzporterek: adott ion mozgása „gátolt” : p=permeábilitást jellemző faktor (Goldman-Hodgkins-Katz) Φ=E

2 Neurális Őssejt (NE-4C) Radiális glia VZ: E12-18 Asztroglia, SVZ felnőtt Fiatal Neuron cortex (E18) RMP [mV] IR - 57 - - 77 mV 138 ± 6.9 MΩ54 ± 33 MΩ15-20 GΩ -65 mV - 25 - - 70 mV 34,4 ± 2,7 MΩ - 85 mV Noctor, 2002Bordey, 2007Owens, 1996Jelitai, 2007 Alvarez-Buylla et al., 2001, Nature Reviews

3 Söhl, Nature Reviews 2005 6 db Connexin → connexon (hemichannel) 1 kDa-ig átjárható Permeabilitás, feszültségfüggés: cx összetétel Posttranslációs módosítások, foszforilációs folyamatok Pannexinek Px1, Px2 Időben-térben változó cx. kifejeződés Sejttipusonként változó cx. kifejeződés Neuronális: cx36, cx32, cx.26, cx43, cx45, cx57 Asztroglia: cx43, cx26, cx30 Oligodendroglia: cx29, cx32, cx47 Neurális progenitorok: cx43, cx36, cx26, cx45, cx46, cx37

4 GJ Ca 2+ hullám generálás VZ: ATP ürülés P2Y1 R aktiválódik a szomszédokon IP3 mediált Ca2+ ürülés a raktárakból Gap Junction Funkciók VZ-ban kapcsolt kluszterek Felnőtt SVZ: GJ kapcsolt csoportok „Cx43 osztódó sejtek általános jellemzője” Fejlődés során kapcsoltság csökken (E15 rat) bFGF – cx43 upreguláció Posztmitotikus neuronok migrációja RG, RMS Fejlődő kéreg: aktivitás terjedés, szinkronizáció Elias, Kriegstein; TINS 2008 A tovaterjedő Ca 2+ hullám amplitúdója, a terjedés távolsága nő a fejlődés során E16 rat: GJ block → S fázisba lépés csökkent

5 Ős/progenitorsejtek: Gap Junction (GJ) kapcsoltak nagy, szimmetrikus, passzív konduktancia Alexa Fl. h. 594 pass passD pass+VD I (nA) V (mV) -70 +20 -160 ♦ pass (szimm. passive ionáram) ● 10 ms 1 nA passD + VD (voltage dependent) ▲ passD (passive decaying) Jelitai 2007

6 Passzív konduktancia a GJ kapcsoltságnak köszönhető + GJ blokkoló GRA Szimm. Passzív ionáramú őssejtPassD+ VD (fesz függő csat.) őssejt + GJ blokkoló GRA GRA: 18  -glycyrrhetinic acid passD+VD: időben lecsengő passív konduktancia + feszültségfüggő ionáram Gap Junction Outward káliumáram mérhető VD csatornákat intracelluláris ion-változások aktiválják?

7 Neurális irányban elkötelezödő progenitorsejtek (RA2): LY RA2 nestin Alexa 594 Merge 10 ms 1 nA szimm. passzív ionáramú progenitor RA2 Alexa fl. h. 594 10 ms 0,1 nA feszültség függő ionáramok Feszültségfüggő ioncsatornák

8

9 Outward káliumáram kontroll I (pA) Vm (mV) 10 ms 0,4 nA Nátriumáram (I Na ) Inward rectifier káliumáram (K IR ) I (pA) Vm (mV) kontroll Ba + 10 ms 0.4 nA Feszültségfüggő ioncsatornák 1 ms 0.1 nA ▲ Na+ RA2 Na+ TTX Na+ RA6 pA mV

10 Ős – káliumcsatorna kálciumcsatorna nátriumcsatorna káliumcsatornák N + C + + + + Hv1 Inward rectifier Feszültségfüggő Two-pore N + + + + + + + + + + + + C + + + + N C N C N + + + + C N C protoncsatorna Feszültségfüggő ioncsatornák

11 Feszültségfüggő káliumcsatornák ( 75 gén + alternatív splicing... ) Szulfonil-urea receptor; I c ATP/ADP szensitív K-csatorna ) ( World Journal of Surgical Oncology Asher et al., 2010 http://www.genenames.org/cgi-bin/genefamilies/set/274

12 TÍPUS INWARD RECTIFIER TANDEM PORE =two- pore,KCNKX FESZÜLTSÉG AKTIVÁLTCALCIUM AKTIVÁLT AL- TÍPUS Kir1.x Kir2.x Kir3.x:GIRK Kir4.x Kir5.x Kir7.x Kir6.x: ATP- szenzitív K 2P 1.x-?: TREK TRAAK TASK TWIK TALK THIK Kv1.x-12.x Kv11.1=HERG (DR, ether-a-gogo related pot. ch, inward rectifier) Kv7.x: KCNQ (DR) Kv5.x, 6.x, 8.x, 9.x: modifier: önállóan nem alkot big konduc- tance: BK (100- 300 pS) Intermedi- ate kond: IK (10- 40pS) small kond: SK (4-14 pS) Kv1.1-3, 1.5-3.2: Delayed Rectifier Kv1.4, 3.3-4.3:A-type = transient outward SZER- KEZET Alegy- ség 4x 2tm (M1- M2) domén 4x 2tm (M1- M2) domén + SUR 2x 4tm domén 4x 6tm (S1-S6) domén, S4 a feszültségszenzor +béta alegység (intracellulásisan) 4x 6tm (S1-S6) (+S 0 BK-ban) domén, hosszú C-terminális + béta alegység (2tm) ÁLT. JEL- LEM- ZŐK 15-30pS, -65 mV alatt van nyitva, membránpot stabilizálása, [K+] extracell csökkentése, neuron, szív 25-80 pS, ATP gátolja csatorna nyitását, SUR receptor érzé- keli, pancre- as, izom, ér, szív, agy 5-70 pS, Nyugalmi membrán- potenciál stabilizálás, háttér K- áram, open rectifier A-type:20 pS, gyors aktiváció és inakt. Akciós pot. felfutás gátló DR: 5-27 pS, delayed rect. Lassú aktiváció+ ’nincs’ inakt. Akciós pot. lefutás elősegítés KCNQ: 5-7 pS, M-áram: lassú aktiváció+inakt, ingerlékenység befolyásolása Akciós pot. repolari- zációt segíti 0.4  M [Ca 2+ ic ] aktiválja SM: spike trainek után after- hiperpolari záció FESZ. ÉRZÉ- KENY- SÉG erős, befelé rektifikál, de nincs feszültség- szenzor! enyhe, befelé rektifikál enyhe, kifelé rektifikál van nincs N C + + + + 4 x N C N C 2 x N C + + + + 4 x Feszültségfüggő káliumcsatornák (75 gén)

13 K+ ionáramok Feszültségfüggő Outward Káliumáramok (Kv) „A” - tipusú Káliumáram Delayed Rectifier Káliumáram mVmV pApA kontroll 4-AP TEA TEA: Tetraethylammonium chloride4-AP: 4-aminopyridine

14 VD Na+ csatornák Albrieux et al, 2004 Nav1.3 E12 mouse Calretinin pozitiv sejtek funkcionális Na csatorna, reelin pozitív sejtek 41 % Na áram

15 Bahrey, Moody, 2003 VD Na + csatornák Na áram előbb mint Tubulin Főleg CP sejtjei, migráló prekurzorok Embrionálisan SCN3/ Nav1.3 TTX sensitive Nem kapcsolt Amplitúdó sokszorosan kisebb Na áram lefutása hosszabb E14 rat VZ A’’ B’’

16 Owens et al, 1998 Cl - ionáramok E16 VZ: 37 mM, CP: 29 mM E19 CP: 24 mM P0: 19 mM P16: 12 mM IC klorid koncentráció Blaesse et al., 2009

17 Cl- ionáramok Nilius, Droogmans, 2003 ClC1-7, ClCKa, ClCKb ClC2 E15 CP truncated forma NKCC1 embrionális fejlődés során megjelenik KCC2, KCC3 GABA switch NCBE: E12, KCC2 előtt Klorid ATP-áz E18 kimutatható Cl- channels:Br J Pharmacol. Nov 2009; 158(Suppl 1): S130–S134.

18 Cl- ionáramok IC: KCl → KgluconateEC: NaCl → Nagluconate Feszültségfüggőkloridáram Kloridion mentes EC oldat 4C RA10 50 µm DapiNKCC1 4C RA4 III  tubulin DapiNKCC1 30 µm

19 Jelitai; 2010 Ca +

20 Ca 2 + homeosztázis mES sejteken, VZ sejtekben, stb: a differenciálódás minden foyamatában szerepe van a Ca fluktuációnak IC Ca raktárak receptorai előbb funkcionálisak, mint VD Ca ioncsatornák IP 3 R-ok előbb működőképesek, mint RyR-ok ER Ca2+-ATP-áz nagyon korán funkcióképes Plazmamembrán Ca 2 + pumpák, Na + / Ca 2 + exchanger-ek hamar működőképesek és fenntartják az IC alacsony (~ 10 -8 M) Ca szintet

21 Ca 2 + ionháztartás Kezdetben „spontán” oszcillációk Később VD, Ligand-függő ioncsatornák műk. Sejtmembrán: L,N, P/Q,R,T ioncsatornák IC: IP 3 R, RyR E12 kifejeződnek, neurogenezis, osztódás szabályozása L type: blastula, grastula, szöevti progenitorok, stb Fejlődés során a csatorna-expresszió változik IP 3 R 1,2,3 mRNS E11; E13 fehérje VZ-MZ különböző, funkció E13-tól VZ, CP RyR 1,2,3 mRNS, fehérje E13-tól, funkciót csak PP-ben (E13) 1.Egyedi sejtek Ca 2+ fluktuáció, független 2.Szomszédos sejtek párban, szinkron Ca 2+ válasz 3.Sejt clusterek, szinkron koordinált Ca 2+ fluktuáció

22 N C N C C N GABA A nAChR 5HT-3 GlyR P2XGluR

23 Herlenius, Lagercrantz; 2001,2004AcetylcholineSerotoninDopamineNoradrenaline E13, SN, VTA neocortex innervation E15

24 Popp et al., 2009 GAD67P1 rat CNS fejlődésének minden szakaszában

25 Ionotróp GABA receptorok (GABA A ) Alegységek (emberben): 6α (GABRA1, GABRA2, GABRA3, GABRA4, GABRA5, GABRA6) 3 β (GABRB1, GABRB2, GABRB3) 3 γ (GABRG1, GABRG2, GABRG3) δ (GABRD), ε (GABRE), π (GABRP θ (GABRQ) 3 ρ (GABRR1, GABRR2, GABRR3 (GABA C receptorok; retina) ([http://www.tocris.com/pdfs/gabarev.pdf][

26 I. II. TypeNameAgonist(s) ionotropic NMDA receptorNMDA receptor NR1,2 a-d, 3 NMDA Kainate receptorKainate receptor (KA 1-2)Kainate AMPA receptorAMPA receptor (GluR1-4)AMPA metabotropicmGluRmGluR (mGluR1-8)L-AP4L-AP4, ACPD, L-QA [ACPDL-QA [

27

28 GluR2 Q: glutamine R : arginine AMPA-receptorok α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid Ionotróp glutamát receptorok