Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál

Az előadások a következő témára: "Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál"— Előadás másolata:

1 Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál
μi = μistd + RT ln ai Kémiai potenciál Elektrokémiai potenciál Φ=E Nernst Goldman-Hodgkins-Katz 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)

2 RMP [mV] IR -57 - -77 mV 138 ± 6.9 MΩ 54 ± 33 MΩ 15-20 GΩ -65 mV
Alvarez-Buylla et al., 2001, Nature Reviews Neurális Őssejt (NE-4C) Radiális glia VZ: E12-18 Asztroglia, SVZ felnőtt Fiatal Neuron cortex (E18) RMP [mV] IR mV 138 ± 6.9 MΩ 54 ± 33 MΩ 15-20 GΩ -65 mV mV 34,4 ± 2,7 MΩ - 85 mV Noctor, 2002 Bordey, 2007 Owens, 1996 Jelitai, 2007

3 Connexinek Időben-térben változó cx. kifejeződés
6 db Connexin → connexon (hemichannel) 1 kDa-ig átjárható Permeabilitás, feszültségfüggés: cx összetétel Posttranslációs módosítások, foszforilációs folyamatok Söhl, Nature Reviews 2005 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 Makrofág/mikroglia akkumuláció
Pannexin-ek: Panx1 (426 AS), Panx2 (677 AS) and Panx3 (392 AS) Penuela et al., 2012 BBA Ca-hullámok Makrofág/mikroglia akkumuláció

5 Gap Junction /Pannexin Funkciók
GJ Ca2+ hullám generálás VZ: ATP ürülés P2Y1 R aktiválódik a szomszédokon IP3 mediált Ca2+ ürülés a raktárakból A tovaterjedő Ca2+ hullám amplitúdója, a terjedés távolsága nő a fejlődés során E16 rat: GJ block → S fázisba lépés csökkent 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

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

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

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

9

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

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

12 ( ) Feszültségfüggő káliumcsatornák (75 gén + alternatív splicing...)
Szulfonil-urea receptor; Ic ATP/ADP szensitív K-csatorna World Journal of Surgical Oncology Asher et al., 2010

13 Feszültségfüggő káliumcsatornák (75 gén)
TÍPUS INWARD RECTIFIER TANDEM PORE=two-pore,KCNKX FESZÜLTSÉG AKTIVÁLT CALCIUM AKTIVÁLT AL-TÍPUS Kir1.x Kir2.x Kir3.x:GIRK Kir4.x Kir5.x Kir7.x Kir6.x: ATP-szenzitív K2P1.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 ( pS) Intermedi-ate kond: IK (10-40pS) small kond: SK (4-14 pS) Kv1.1-3, : Delayed Rectifier Kv1.4, :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) (+S0 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 [Ca2+ic] aktiválja SM: spike trainek után after-hiperpolarizáció FESZ. ÉRZÉ-KENY-SÉG erős, befelé rektifikál , de nincs feszültség-szenzor! enyhe, befelé rektifikál enyhe, kifelé rektifikál van nincs N C + 4 x 2 x

14 Feszültségfüggő Outward Káliumáramok (Kv)
K+ ionáramok Feszültségfüggő Outward Káliumáramok (Kv) Delayed Rectifier Káliumáram „A” - tipusú Káliumáram pA pA kontroll kontroll TEA 4-AP mV mV TEA: Tetraethylammonium chloride 4-AP: 4-aminopyridine

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

16 Na áram előbb mint Tubulin Főleg CP sejtjei, migráló prekurzorok
E14 rat VZ A’’ B’’ 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 Bahrey, Moody, 2003

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

18 Cl- ionáramok ClC2 E15 CP truncated forma
Cl- channels:Br J Pharmacol. Nov 2009; 158(Suppl 1): S130–S134. 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

19 IC: KCl → Kgluconate EC: NaCl → Nagluconate Feszültségfüggő kloridáram
Cl- ionáramok 4C RA4 IIIb tubulin Dapi NKCC1 30 µm 4C RA10 50 µm Dapi NKCC1 IC: KCl → Kgluconate EC: NaCl → Nagluconate Kloridion mentes EC oldat Feszültségfüggő kloridáram

20 Ca+ Jelitai; 2010

21 IP3R-ok előbb működőképesek, mint RyR-ok
Ca2+ 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 IP3R-ok előbb működőképesek, mint RyR-ok ER Ca2+-ATP-áz nagyon korán funkcióképes Plazmamembrán Ca2+ pumpák, Na+/ Ca2+ exchanger-ek hamar működőképesek és fenntartják az IC alacsony (~ 10-8M) Ca szintet

22 Ca2+ ionháztartás Kezdetben „spontán” oszcillációk
Később VD, Ligand-függő ioncsatornák műk. Sejtmembrán: L,N, P/Q,R,T ioncsatornák IC: IP3R, RyR E12 kifejeződnek, neurogenezis, osztódás szabályozása L type: blastula, grastula, szöveti progenitorok, stb Fejlődés során a csatorna-expresszió változik Ca2+ ionháztartás IP3R1,2,3 mRNS E11; E13 fehérje VZ-MZ különböző, funkció E13-tól VZ, CP RyR1,2,3 mRNS, fehérje E13-tól, funkciót csak PP-ben (E13) Egyedi sejtek Ca2+ fluktuáció, független Szomszédos sejtek párban, szinkron Ca2+ válasz Sejt clusterek, szinkron koordinált Ca2+ fluktuáció

23 Ionotróp receptorok: ligandum-vezérelt ioncsatornák
GABAA nAChR 5HT-3 GlyR P2X GluR

24 Acetylcholine Serotonin Dopamine Noradrenaline
E13, SN, VTA neocortex innervation E15 Herlenius, Lagercrantz; 2001,2004

25 GABA-termelés CNS fejlődésének minden szakaszában
Popp et al., 2009 GAD67 P1 rat

26 Ionotróp GABA receptorok (GABAA)
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 (GABAC receptorok; retina) ([

27 Glutamát-vezérelt ionotróp receptorok
II. Type Name Agonist(s) ionotropic NMDA receptor NR1,2a-d, 3 NMDA Kainate receptor (KA 1-2) Kainate AMPA receptor (GluR1-4) AMPA metabotropic mGluR (mGluR1-8) L-AP4, ACPD, L-QA[

28

29 Ionotróp glutamát receptorok
AMPA-receptorok α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid Q: glutamine R : arginine Flop: gyors záródás; deszenzitizálódás GluR2 Ionotróp glutamát receptorok