Presentazione di PowerPoint

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Canali per il K
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Tra tutti i tipi di canale ionici, quelli per il
K sono certamente i più diversificati. La
spiegazione si trova naturalmente a livello
molecolare.
Oggi sappiamo che a) hanno in genere struttura
tetramerica (4 subunità proteiche, ognuna
codificata da un suo proprio mRNA), e possono
essere non solo omotetrameri, ma anche
eterotetrameri (anche se non tutte le
combinazioni sono possibili)
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b) ogni organismo ha numerosi geni che codificano
per subunità dei canali del K
c) ogni gene può dar luogo ad isoforme diverse
per splicing alternativo.
Il caso più noto è il gene Shaker di Drosophyla,
che contiene 23 esoni. Ogni subunità del canale
Shaker si può presentare in 10 varianti, con una
stessa regione centrale (S1-S5, con regione P) e
5 diverse estremità N- e 2 diverse estremità
C-terminali.
d) alle 4 subunitò alfa possono essere associati
molti tipi di subunità accessorie (Kvß, SUR,
mink, ecc.).
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Il numero di tipi diversi di canali K descritti
negli ultimi anni è cresciuto a tal punto da
rendere praticamente impossibile una
classificazione su base funzionale.
Oggi si preferisce raggrupparli, sulla base della
loro struttura molecolare (n di segmenti
transmembranari), in tre categorie.
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Primo gruppo le 4 subunità-a hanno 6 STM. E il
modulo consueto dei VD ionic channels, comune ai
canali del Na e del Ca2, con S4 sensori del
voltaggio.
Questo gruppo comprende   a) la famiglia dei KV
(KV1-KV9, ognuno con diverse varianti) ? KV1.4 è
quello che assomiglia di più al tipo-A (ha
inattivazione molto rapida). ? KV3.1 è quello che
assomiglia di più al delayed rectifier di HH
(inattivazione praticamente assente).
b) la famiglia dei canali del K Ca-dipendenti
(SK e slo). Lapertura di canali al K (?
ripolarizzazione o iperpolarizzazione) è un altro
dei mirabolanti effetti dei canali del Ca2 (o
della liberazione di Ca2 dagli organuli
intracellulari). Sono stati distinti in tre
gruppi in base alla conduttanza di singolo
canale a bassa ? (bloccati dallApamina), a
elevata ? (canali maxi, bloccati dalla
Caridbotossina), ed a conduttanza intermedia.
c) altri, che interessano varie patologie
cardiache, muscolari o nervose. Curiosità il
canale erg (herg nellUomo) presenta la
caratteristica di avere linattivazione più
rapida dellattivazione, per cui è sempre chiuso
(inattivato) quando la membrana è depolarizzata,
e si apre quando la membrana viene
iperpolarizzata).
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Per molti anni si è pensato che il classico
delayed rectifier (KV) dellassone gigante, che
non presenta inattivazione, fosse lunico canale
K esistente.
Poi fu scoperto un canale al K con inattivazione
molto rapida (quasi insensibile al TEA ma
sensibile alla 4-amino-piridina (4AP)) questo
tipo fu chiamato canale A (KA) .
Ma anche il dualismo tra delayed rectifier e
tipo A è caduto, mano a mano che si trovavano
canali con caratteristiche intermedie. Ad
esempio, lespressione in oociti di Xenopus di
omotetrameri delle subunità prodotte da 4 geni di
Drosophila ha dimostrato che tra Shaker (il più
simile al tipoA) e Shaw (il più simile al
delayed rectifier) abbiamo i prodotti di Shal
e Shab.
La storia del gene Shaker è molto istruttiva. La
Drosophila Shaker è un mutante che si riconosce
per un caratteristico tremito delle zampe durante
anestesia con etere. Lelettrofisiologia ha
dimostrato che lanomalia stava in un canale del
K delle fibrocellule muscolari. La genetica
classica ha dimostrato che il gene stava in una
certa posizione sul cromosoma X. Allora è stato
clonato (nel wild type) quel tratto di DNA, e
ci si è trovato dentro un gene per una subunità
di canale al K questo è stato chiamato
Shaker. Altri 3 geni di Drosophila (Shab, Shal
e Shaw) sono stati poi trovati per omologia,
facendo lo screening dei cDNA ottenuti da una
libreria contenente tutto lmRNA estratto dalla
testa di D. Tutto questo è stato necessario
perché i bloccanti dei canali al K (TEA, 4AP)
non avevano laffinità necessaria per marcare
selettivamente la proteina (come era stato fatto
con TTX o bungarotossina o DHP).
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Le gates di inattivazione
A) In alcuni canali del K dovuta allazione di
tappo di un peptide che costituisce lestremità
N-terminale della subunità a (una ball in
realtà 4 una per subunità), collegato alla
restante parte della molecola da un tratto
flessibile (una chain) meccanismo del tipo
ball and chain. B) In altri canali del K il
peptide è lestremità N-terminale di una subunità
accessoria (beta).
Il peptide è dotato di cariche parziali positive,
che prenderebbero contatto con cariche parziali
negative speculari posizionate allimboccatura
intracellulare del canale. NB questo modello
presuppone che il canale prima si apra, e poi si
inattivi.
Questo tipo di inattivazione, viene chiamato
inattivazione di tipo-N.
NB I canali del Na e del Ca2 hanno un modo di
inattivarsi concettualmente simile, solo che la
gate (h) non è lestremità N-terminale della
molecola, ma unansa intracellulare (III-IV per
Na, I-II per Ca2.
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Inattivazione lenta o di tipo C
In alcuni canali si è visto che dopo rimozione
della inattivazione di tipo N, persiste una
lenta riduzione della corrente al perdurare della
depolarizzazione. Inizialmente sè pensato che
fosse dovuta ad unanaloga azione di tappo
dellestremità C-terminale (da cui il nome), che
poi si è rivelata errata.
Probabilmente linattivazione di tipo C è
dovuta al movimento voltaggio-dipendente della
porzione esterna del segmento S6, che restringe
il filtro di selettività.
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Caratteristiche elettrofisiologiche dei canali KA
Correnti di K in voltage-clamp
Anche il canale KA, come il canale KDR (delayed
rectifier), è selettivo per il K, ma ha le
seguenti caratteristiche - Attiva a potenziali
più negativi di Kv (attivazione precoce) -
Inattiva tanto più rapidamente quanto maggiore è
la depolarizzazione
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Se lo stimolo depolarizzante è duraturo nel
tempo, invece di un singolo potenziale dazione
se ne può generare una serie in sequenza scarica
o treno di potenziali dazione
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Come fa un neurone a discriminare tra stimoli di
diversa intensità, dal momento che lampiezza del
p.da. non varia al variare di uno stimolo
sovraliminare (evento tutto o nulla)?
CODIFICAZIONE
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Un esempio di codificazione
Nei neuroni il processo di codificazione si
realizza variando la frequenza di scarica al
variare dellintensità dello stimolo
Allaumentare dellintensità dello stimolo
aumenta la frequenza di scarica
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Affinchè il processo di codificazione si possa
realizzare è necessario lintervento di un altro
tipo di canale ionico denominato KA
I canali KA operano da freno voltaggio-dipendente
sulla frequenza di scarica dei potenziali dazione
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(No Transcript)
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Esistono dei canali selettivi per il K che sono
attivati dal Ca2 intracellulare
depolarizzazione
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ADATTAMENTO
Il processo di adattamento si realizza con una
scarica di tipo fasico
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Neuroni diversi possono presentare modalità di
scarica diverse
La scarica fasica contiene informazioni relative
a variazioni di intensità dello stimolo
Nei recettori della sensibilità somatica
ladattamento aumenta la percezione dei
cambiamenti di pressione. Così, ad es., la
pressione costante degli abiti sul corpo non
viene quasi più percepita.
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Il processo di adattamento di realizza in seguito
allinterazione di almeno tre diversi tipi di
canali ionici selettivi per il K (Kv, KA, KCa) e
di canali per il Ca2 voltaggio-dipendenti
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Canali del potassio e aritmie cardiache
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Canali ionici nel miocita ventricolare
Canali del K ultra-rapidi (IKur)
Vm del miocita ventricolare (mV)
0
Canali del K rapidi (IKr /hERG)
-50
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La sindrome denominata Long QT è una malattia
definita da un prolungamento dellintervallo QT
dellelettrocardiogramma.
Elettrocardiogramma lintervallo QT
approx. 0.44 s
R
T
P
ECG
Q
S
Ventricoli
intervallo QT
Lintervallo QT inizia con il complesso QRS e
termina alla fine dllonda T. Rappresenta il
periodo temporale tra la depolarizzazione
ventricolare e la ripolarizzazione (rilassamento).
Tutte le forme della sindrome del long QT
coinvolgono una ripolarizzazione anormale del
cuore.
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Genetica della sindrome Long QT
Mutazioni nei geni che codificano i canali al K
cardiaci sono le più comuni cause della sindrome
Long QT. Difetti nei canali al Na cardiaci
possono pure essere causa di questa malattia.
Denominazione gene Proteina codificata, funzione
LQT1 KCNQ1 Canale del K (Ks - slow)
LQT2 KCNH2 Canale del K (Kr - rapid)
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Biologia molecolare della sindrome Long QT
Mutazioni nei canali del K sono state
identificate un po in tutta la molecola.
Tuttavia il numero più elevato di mutazioni è
stato riscontrato nelle eliche S3 e S6 e
nellansa S5/S6 che forma il poro. Qui sotto sono
riportate le mutazioni più frequenti
gene proteina mutazione Localizz.
KCNQ KvLQT1 Gly168Arg Gly314Ser Ala341Glu Ala341Val S2 Poro S6 S6
KCNH HERG Ala561Thr Ala561Val Ala614Val S6 S5 poro
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Secondo gruppo le 4 subunità hanno 2 STM,
denominati M1 ed M2.
Questi canali vengono anche denominati inward
rectifier (KIR) (o anomalous rectifier),
perché, quando presenti, sono responsabili della
rettificazione entrante.
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I canali KIR sono equivalenti al nocciolo
interno dei KV, quindi mancano del sensore del
voltaggio (S4).
Di conseguenza, la voltaggio-dipendenza di questi
canali non può venire da un processo di gating
ma viene da un blocco VD della conduzione,
esercitato sul versante intracellulare da due
tipi di tappi molecolari il Mg2 e molecole
organiche cariche positivamente, come le
poliamine.
Domanda gli IRK sarebbero utili nel pacemaker
cardiaco ?
Domanda cosa fanno gli IRK nel miocardio di
lavoro ?
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I KIR classici vengono chiamati IRK Sono
presenti in moltissime cellule. Notare che al
pot. di riposo sono aperti quindi lasciano
passare una (debole) corrente uscente. Quando
presenti, sono i principali responsabili del
leakage del K
Il loro compito è quello di mantenere il pot. di
riposo non troppo lontano dal pot. di equilibrio
del K. A) Se la m. viene iperpolarizzata,
lasciano passare una corrente entrante di K che
si oppone alliperpolarizzazione. B) Se la m.
viene depolarizzata, lasciano passare una
corrente uscente di K che si oppone (ma sempre
più debolmente) alla depolarizzazione.
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I canali GIRK
Quindi lacetilcolina rallenta la frequenza
cardiaca con due meccanismi sinergici .
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I canali KATP, sono chiusi dallaumento di ATP
intracellulare (aperti dallaumento di
ADP). Assomigliano molto ai canali attivati dai
nucleotidi ciclici (CNGC, attivati dallAMPc o
dal GMPc) presenti in alcuni recettori
sensoriali.
Un ottimo esempio di funzione integrata svolta
da canali ionici è la regolazione della
secrezione di insulina (ormone ipoglicemizzante)
da parte delle cellule ß del pancreas. Sono
implicati due tipi di canali
a) un canale al K ATP-dipendente. Quando la
glicemia è normale, questi canali sono aperti e
la fuga di K che essi consentono mantiene il
p.di m. a valori negativi. Quando il livello
intracellulare di ATP aumenta per un aumento
della glicemia, i canali si chiudono e la
membrana si depolarizza.
b) un canale al Ca2 voltaggio dipendente.
Quando la membrana viene depolarizzata, questi
canali si aprono consentendo un ingresso di ioni
Ca2, che promuovono la fusione con la membrana
di vescicole contenenti insulina. La glicemia
diminuisce.
La conoscenza di questo meccanismo ha aiutato a
curare il diabete, una malattia in cui il sistema
di controllo della secrezione di insulina non
lavora nel modo corretto. Un approccio
terapeutico (adatto per alcuni pazienti, ma non
per altri) è quello di bloccare i canali del K
ATP-dipendenti nello stato chiuso (usando farmaci
del gruppo della sulfonil-urea), in tal modo
facilitando o promuovendo (depolarizzando la
membrana delle cellule ß) il rilascio
dellinsulina.
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Terzo gruppo subunità con 4 STM e due regioni P
(da cui il nome di K2P).
Si pensa che ci siano due subunità per canale.
Sono i canali del K senza porta (canali di
leakage) in quanto responsabili del potenziale di
riposo.
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FINE
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)