Presentazione di PowerPoint

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Canali Voltaggio-dipendenti per il Ca2
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La struttura molecolare dei canali del Ca2 è nel
suo insieme del tutto simile a quella dei NaV,
sebbene (piccole) differenze nelle sequenze
cambino profondamente la selettività, il gating e
la sensibilità ai farmaci.
Le subunità alfa sono costantemente associate a
subunità accessorie, in numero maggiore di quelle
del Na a2, ß, ? e d.
I canali del Ca VD sono tutti bloccati (pur con
sensibilità diverse) dal Cadmio (Cd2) e dai
metalli pesanti (Ni2, Co2 e La3).
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Organizzazione strutturale dei canali del Ca VD
Subunità a1 4 domini omologhi (I-IV), con 6
segmenti transmembrana ciascuno Subunità b
intracellulare, costituita da più a
eliche Subunità a2d in giallo le regioni
idrofobiche I siti di interazione tra le
subunità sono indicati da frecce bipolari.
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Classificazione in base alle proprietà
elettrofisiologiche a) Canali LVA
(low-voltage-activated (-70mV) avendo una
spiccata inattivazione voltaggio-dipendente, sono
stati chiamati canali T (transient). Sono
sensibili allamiloride.
b) Canali HVA (high-voltage-activated
(-30m/-20V) hanno uninattivazione molto più
lenta.
Poi sè visto che I canali HVA costituiscono una
famiglia comprendente molti membri, che sono
stati indicati da lettere (P, Q, R ecc.)
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(No Transcript)
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I diversi sottotipi di canali del Ca inattivano
in maniera differente
a1C (L)
a1E (R)
a1G (T)
50 ms
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Possibile modello di inattivazione VD dei canali
del Ca Il linker intracellulare tra i
pseudosubunità I e II potrebbe agire da
particella inattivante che fisicamente
occluderebbe il poro del canale interagendo,
almeno in parte, con le regioni S6 dei domini II
e III del canale. La subunità b del canale del Ca
si associa con il linker tra i domini I-II
modificando le proprietà dellinattivazione essa
potrebbe interagire sia con la subunità a1 che
con la membrana.
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Possibile modello di inattivazione Ca-dipendente
dei canali del Ca Unelevata concentrazione di Ca
intracellulare innesca linattivazione dei canali
di tipo L. Il sensore per il Ca sarebbe una
molecola di calmodulina (CaM). CaM è
costitutivamente legata al complesso del canale.
Linattivazione avverrebbe tramite uninterazione
Ca-dipendente della CaM legata con un motivo
IQ-simile sulla coda carbossilica di a1C. È
possibile che un meccanismo analogo intervenga
anche a livello dei canali N, P/Q ed R (Peterson,
Neuron, 1999).
CHIUSO
APERTO
INATTIVATO
Ca2
Voltaggio

• Nello stato chiuso (iperpolarizzato) laccesso
  della CaM alla regione IQ-simile è ridotto.
• Nello stato aperto (depolarizzato) la CaM legata
  ha un rapido accesso al dominio IQ-simile.
• Laccumulo di Ca2 sulla bocca interna del canale
  porta allattivazione Ca-dip. della CaM.
• Linterazione di CaM-Ca2 con la regione
  IQ-simile induce linattivazione del canale.

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Canali voltaggio-dipendenti per il Ca2 di tipo
L I canali L o recettori per le
di-idro-piridine (DHP, come la Nifedipina o la
nimodipina) hanno unenorme importanza in
Fisiologia. Sono tipici del muscolo scheletrico,
ma sono presenti anche nel cuore (), nella
muscolatura liscia e nel sistema nervoso. Hanno
uninattivazione piuttosto lenta, che è anche
Ca-dipendente. () il bloccante Verapamil
viene impiegato nella cura della tachicardia
parossitica Altri bloccanti selettivi sono
naturalmente quelli appartenenti alle
di-idropiridine (nifedipina, nimodipina).
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Canali VD per il Ca2 di tipo L nel muscolo liscio
Nel muscolo liscio, il reticolo sarcoplasmatico è
praticamente assente. Qui lattivazione
dellapparato contrattile (non organizzato in
sarcomeri) è totalmente dipendente dal Ca2 che
entra attraverso i canali L della membrana
plasmatica.

• Il fenomeno dellaccoppiamento eccitamento ?
  contrazione nei tessuti muscolari illustra bene
  la doppia importanza dei canali del Ca2
• fanno entrare nella cellula ioni con carica
  positiva (similmente ai NaV)
• fanno anche comparire nella cellula un vero e
  proprio secondo messaggero (gli ioni Ca2) che ha
  uno straordinario potere regolatore di molti
  processi intracellulari

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Canali VD per il Ca2 di tipo L nel muscolo
scheletrico
Nel muscolo scheletrico, i canali L sono
addensati nei tubuli trasversi del reticolo
sarcoplasmatico, dove funzionano da sensori del
voltaggio. Sono accoppiati (con lansa di
connessione II-III) ad altri canali del Ca2
presenti nei tubuli longitudinali del ret.sarc.,
detti recettori della Ryanodina. Si attiva così
un il rilascio di Ca che attiva con grande
rapidità (per feedback positivo) lapparato
contrattile.
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Modello per il rilascio voltaggio-dipendente del
Ca2 (muscolo scheletrico)
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Canali VD per il Ca2 di tipo L nel muscolo
cardiaco
Accoppiamento EC Cardiaco (Ca2-induced-Ca2-relea
se)
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Ruolo dei canali voltaggio-dipendenti per il Ca
nel PdA cardiaco (tessuto di lavoro)
Solitamente lingresso di Ca2 attraverso canali
VD accompagna (e prolunga) i pda al Na. E il
caso delle fibrocellule muscolari scheletriche,
ma soprattutto delle fibrocellule muscolari
cardiache.
Qui lingresso di Ca2 non solo potenzia
leffetto del Na nella fase iniziale del pda
(depolarizzazione ed overshoot), ma perdura anche
quando i canali del Na si sono inattivati
(linattivazione dei canali del Ca2 cè, ma è
incompleta), dando luogo ad un lungo plateau.
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Questo lunghissimo plateau del pda cardiaco è
funzionalmente importante per due buone
ragioni a) il Ca2 che entra attraverso i canali
(L) della membrana plasmatica attiverà il
Ca-induced Ca-release del reticolo
sarcoplasmatico, quindi la contrazione del cuore
b) mantenendo depolarizzata la membrana, la rende
ineccitabile per tutta la sua durata (perché
mantiene inattivati i canali del Na). In altre
parole durante il plateau, il cuore si trova in
uno stato di refrattarietà assoluta, quindi per
tutta la durata della contrazione (della sistole)
non può essere nuovamente eccitato.
La situazione è molto diversa da quella che si ha
nel muscolo scheletrico, nel quale la
refrattarietà assoluta termina ancor prima che
inizi la contrazione.
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Il muscolo scheletrico infatti (per fortuna !) è
tetanizzabile, cioè le singole scosse possono
sommarsi tra loro fino alla completa fusione,
producendo un aumento della forza
contrattile. Di fatto, la maggior parte delle
nostre contrazioni sono dei tetani.
Il cuore invece (per fortuna !) non è
tetanizzabile qualunque stimolo ectopico è
inefficace per tutta la durata della sistole (I),
e può produrre una seconda contrazione
(extrasistole) solo mentre il cuore si sta
rilasciando..
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Potenziali dazione al Ca2 nelle cellule
pacemaker cardiache
Questi pda al Ca2 si generano spontaneamente (o
meglio, per effetto dellautomatismo tipico del
pacemaker), e poi si propagano a tutte le
fibrocellule del miocardio di lavoro (che di per
sé resterebbero in riposo). Queste, eccitate,
genereranno i pda provvisti di plateau che
abbiamo visto prima.
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Interazione tra canali T e canali f
Lesempio del pda (al Ca2) del pacemaker
cardiaco ci offre lopportunità di parlare di un
altro tipo di canali voltaggio-dipendenti i
canali f (funny), espressi anche in molti
neuroni autoritmici del SNC (dove vengono
chiamati canali h)
I canali del Ca2 di tipo T (e in minor misura L)
sostengono il pda, ma per essere attivati
necessitano di una depolarizzazione della
membrana. Questa, nelle cellule autoritmiche,
avviene spontaneamente e si chiama
prepotenziale. Nel tessuto pacemaker, il
prepotenziale (e con esso lautomatismo cardiaco)
è generato dallapertura dei canali-f .
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La struttura dei canali HCN
I canali HCN sono canali cationici attivati
dalliperpolarizzazione. Quando presenti,
vengono attivati alla fine di ogni pda, quando la
membrana si iperpolarizza.
La loro apertura genera una corrente entrante
che, depolarizzando la membrana, produce il
prepotenziale, e quindi il pda successivo.

• Ciascuna delle 4 subunità presenta
• 6-DTM come i canali Kv
• S4 riconosciuto come sensore del voltaggio
• nel C-terminale è presente un dominio CNB come
  nei canali CNG
• si pensa che i canali siano formati da TETRAMERI
  come i canali Kv

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Modulazione dei Canali f
Di grande importanza è la modulazione
(variazione della sensibilità al voltaggio) dei
canali f operata dallorto- e dal para-simpatico
tramite i rispettivi neurotrasmettitori ltnoradrena
lina (adrenalina) ed acetilcolinagt.
Modulando i canali f, lorto- ed il
para-simpatico regolano la frequenza cardiaca
(!!), come se fossero luno lacceleratore e
laltro il freno di unautomobile.
Questi neurotrasmettitori agiscono su recettori
accoppiati a proteine-G e fanno rispettivamente
aumentare e diminuire il livello intracellulatre
di AMPc. I canali f sono voltaggio-dipendenti,
ma anche chemio-dipendenti (dal versante
intracellulare), una condizione tuttaltro che
infrequente.
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Correnti T neuronali e spikes al Ca2
Vhold-90 mV
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Attività ritmica spontanea in un neurone talamico
Vedi registrazione
Quale meccanismo innesca questa attività
autoritmica?
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afferenze talamiche
Il neurone GABAergico determina sul neurone del
nucleo di relay un PPSI che genera
iperpolarizzazione e fa aprire i canali h
innescando lattività autoritmica in tali neuroni
NRT nucleo reticolare del talamo
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La genesi di un burst di pda in un singolo
neurone del nucleo reticolare del talamo (NRT)
può generare un IPSP nelle cellule
talamocorticali del nucleo di relay che è
sufficientemente ampio da generare uno spike al
Ca2 e un burst di pda.
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Canali P e spikes complessi nelle cellule del
Purkinje
S. complessi
Ununica fibra rampicante contatta ununica
cellula del Purkinje formando molte
sinapsi. Ciascun singolo input genera una rapida
scarica di potenziali dazione di latenza e
durata brevi (spikes complessi azione fasica
rapida).
Apertura di canali del Na
Apertura di canali del Ca2 P-type
Gli spikes complessi sono spesso seguiti da una
pausa di alcune centinaia di msec durante la
quale lattività degli spikes semplici è
soppressa.
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Canali voltaggio-dipendenti per il Ca2 di tipo N
e P/Q nellesocitosi
Un altro esempio di enorme importanza funzionale
è l esocitosi regolata di vescicole (v.
rilascio di insulina qui sono implicati canali
del Ca2 di tipo L ) in tutte le cellule
secernenti.
Un caso particolarissimo di esocitosi regolata
è la liberazione di vescicole contenenti
neurotrasmettitore nella trasmissione sinaptica.
Qui operano canali N (per neuronal, bloccati
dall ?-Conotossina), che sono esclusivi del SN,
ma anche canali P/Q (bloccati dall
?-Agatossina) ed R, per i quali non è noto alcun
bloccante specifico.
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La trasmissione sinaptica
La combinazione del neurotrasmettitore con i
propri recettori presenti nella membrana
postsinaptica consentirà la trasmissione
sinaptica (una depolarizzazione EPSP nelle
sinapsi eccitatorie o un iperpolarizzazione
IPSP nelle sinapsi inibitorie)
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Eventi pre-simnaptici
I canali N e/o P/Q sono addensati nelle
terminazioni presinaptiche, dove sono essenziali
per il rilascio di neurotrasmettitore.
In particolare sono presenti al centro delle zone
attive alle quali sono ancorate le vescicole
sinaptiche pronte al rilascio (pool di
rilascio). Le zone attive sono formazioni del
citoscheletro altamente ordinate, visibili dal
versante citoplasmatico della membrana
presinaptica). In corrispondenza delle zone
attive, i lipidi della membrana sono organizzati
a formare dei rafts (zattere).
Larrivo del pda e la conseguente
depolarizzazione della membrana presinaptica apre
i canali del Ca2 .
. ed il Ca2 fa scattare un complesso sistema di
controllo. La fusione delle vescicole promossa
dal Ca2 è preceduta da fasi preliminari
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Si distinguono tre fasi che portano alla
liberazione del neurotrasmettitore

• Docking (attracco)

B) Priming (preparazione)
C) Fusione. Allarrivo del pda si ha la fusione
Ca-dipendente, (preceduta dalla formazione di un
poro attraverso il quale passerà il
neurotrasmettitore), che consente lesocitosi
delle vescicole ancorate alle zone attive (pool
di rilascio).
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Ruolo dei canali del Ca2 al di fuori delle zone
attive della membrana pre-sinaptica
Canali VD per il Ca2 (solitamente del tipo L)
sono anche presenti nella membrana presinaptica
al di fuori delle zone attive (A). La loro
attivazione (B) serve a distaccare le vescicole
del pool di deposito dai filamenti di actina
del citoscheletro, quindi a rifornire il pool di
rilascio.
Lo schema C illustra il processo in maggior
dettaglio. Anche in questo caso si mette bene
in evidenza il ruolo del Ca2 come secondo
messaggero intracellulare !