Canali ionici voltaggio dipendenti - Piattaforma MOODLE · Modulazione dei canali del Ca2+ di tipo...
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1 1 Canali ionici voltaggio dipendenti
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Canali ionici voltaggio dipendenti
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Classificazione in base alle modalità di apertura
Voltaggio-dipendenti:
rispondono a
variazioni di Vm
Sempre
aperti
extracell.
intracell.
Chemio-dipendenti:
rispondono a un
messaggero
extracellulare
nACh, AMPA, NMDA
KA, 5HT3
RESTING VOLTAGE
GATED
RECEPTOR
GATED
SIGNAL
GATED
Canali ionici
Chemio-dipendenti:
rispondono a un
secondo messaggero
(intracellulare)
cAMP, cGMP, Ca2+,
IP3, proteine G
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A) 4 subunità (in genere di 6 STM): canali per i cationi (Na+, K+, e Ca2+),
molto spesso voltaggio-dipendenti
B) 5 subunità (in genere di 4 STM): recettori-canale (canali cationici chemio-
dipendenti o recettori ionotropici
C) 6 subunità (connessine, anch’esse in genere di 4 STM): connessoni delle
giunzioni “gap”
Canali ionici di membrana
4
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
OUT
IN
N
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
C
Ca2+ channel
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
OUT
IN
N
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++
C
Na+ channel
OUT
IN
N C
S1 S2 S3 S4 S5 S6P+
+
++K+ channel X 4
Canali cationici voltaggio dipendenti
5
H5
Canali cationici voltaggio dipendenti
Famiglia di canali a 6 domini transmembrana (TM)
Struttura interna del canale
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Quale specie ionica attraversa il canale?
Ione r anidro A r idrato A
K+ 1.33 1.88
Na+ 0.98 2.91
Gli ioni K+, idrati in soluzione,
perdono le molecole di H2O quando
passano attraverso il filtro di
selettività e formano dei legami di
coordinazione con quattro O di gruppi
carbonilici C=O.
Gli ioni Na+, essendo più piccoli, non
possono coordinarsi perfettamente con
questi O e quindi attraversano il
canale solo raramente.
K+ in H2O Na+ in H2O
K+ nel poro Na+ nel poro
SELETTIVITA’
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Concentr. di Na+ o K+ (mM)
Co
nd
utt
an
za
di
sin
go
lo c
an
ale
(p
S)
Evidenze per la presenza di siti di legame:
anche nel caso dei canali ionici i flussi sono saturanti
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GATING Come fa il voltaggio ad aprire i canali?
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Canali al sodio
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Struttura della subunita’ α del canale al Na+
Struttura del canale
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Struttura tridimensionale
tre stadi diversi:
•a riposo
•attivato (Na+ passa)
•inattivato (aperto, ma Na+ non
passa a causa del blocco da IFM)
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Canali al Na+ voltaggio dipendenti Neuron, Vol. 28, 365–368, 2000
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1. farmaci/tossine che ne prevengono la chiusura, prolungando la
depolarizzazione:
veratridina, batracotossina, insetticidi (DDT e piretrine)
2. tossine che dall’esterno impediscono l’ingresso del sodio e la
depolarizzazione:
Saxitossina, goniautossina, tetrodotossina
3. farmaci che dall’interno ne impediscono l’apertura
anestetici locali, antiaritmici di classe I, alcuni anticonvulsivanti)
Influenze farmacologiche
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Pharmacol Rev 57:397–409, 2005
Receptor sites on sodium channels
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Fenitoina
Lidocaina
DDT
1,1,1-trichloro-2,2 bis(p-chlorophenyl)etano
Lamotrigina Riluzole
Alcuni esempi di farmaci attivi sui canali al Na+
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chinidina flecainide
Antiaritmici classe I
effective refractory period (ERP)
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Drugs on the market or in development
DDT Vol. 5, No. 11 November 2000
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Saxitossina
Tetrodotossina
1. TTX-s Na+
2. TTX-r Na+
… e le tossine?
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DDT Vol. 5, No. 11 November 2000
Mutazioni genetiche dei canali al Na+
e patologie (canalopatie)
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Canali al calcio
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Struttura del canale
[alta soglia]
[bassa soglia]
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Struttura tridimensionale
ISOFORME DI α1
A = canali P/Q
B = canali N
C,D = canali L
E = canali R
F,G,H, I = canali T
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Funzionamento del canale
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Canali al Ca2+ voltaggio dipendenti
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Farmaci calcio antagonisti: una classe eterogenea
Ampio spettro terapeutico:
1. antiipertensivi
2. antiaritmici
3. antianginosi
4. neuroprotettivi
Interesse farmacologico
1. Tossine da veleni animali
2. Ioni permeanti (Ni2+ ecc)
Influenze farmacologiche
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• DHP • Nifedipina
• Nicardipina
• Nimodipina
• Benzotiazepine
• Fenilalchil amine
Antiaritmici classe IV
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The different binding sites of CCBs result in differing
pharmacological effects
Voltage-dependent binding (targets smooth muscle)
Use-dependent binding (targets cardiac cells)
Cell
membrane 1
out
in
+20
-80
mV 2
Diltiazem
Verapamil
1
1
out
in
+20
-80
-30 2
1
Nifedipine
Cell
membrane mV
29 29
Peripheral and coronary
vasodilation
Depression of
cardiac contractility
Depression
of SA node
Depression
of AV node
Nifedipine +++++ + + 0
Diltiazem +++ ++ +++++ ++++
Verapamil ++++ ++++ +++++ +++++
30 The Lancet, Volume 375, Issue 9725, Pages 1569 - 1577, 1 May 2010
“Ziconotide for treatment of severe chronic pain”
Omega conotoxin
Conus
… e le tossine?!
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Modulazione dei canali del Ca2+ di tipo N
Presupposto:
I canali di tipo N (e P/Q) si trovano a livello presinaptico.
L’attivazione di questi canali causa un ingresso di calcio che porta al rilascio del neurotrasmettitore.
Le G-proteine sono in grado di inibire questi canali mediante il legame di Gβγ al canale.
AID: interaction domain BID: interaction domain
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I movimenti
del calcio
e la cellula
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Canali al potassio
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Canali al K+ (i più diversificati)
Fissano il valore del
potenziale di membrana
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Canali al K+ (struttura molecolare)
KIR
1. Dipendenti dal potenziale (shaker)
2. Attivati dal Ca2+
3. Attivati da Na+
4. Accoppiati ai recettori
5. Connessi al metabolismo
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CLASSI STRUTTURALI DEI CANALI K+
4 x 6TM: comprende i KV e KCa
4 x 7TM: comprende Slo, grande conduttanza
4 x 2TM: comprende inward rectifiers, KATP e
canali accoppiati alle proteine G
Dimero di 2 6TM + 2TM : canali con 2 pori
Dimero di 2TM: canale che contiene 2 pori
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Struttura del canale a 6TM
Amiodarone
Ibutilide
Alcuni esempi di farmaci attivi sui canali al K+
Prolungamento del PA, prolungamento del periodo refrattario
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4-Aminopyridine
(Dalfampridine)
FDA Approves Ampyra to Improve Walking in Adults with
Multiple Sclerosis:
The U.S. Food and Drug Administration today approved Ampyra
(dalfampridine) extended release tablets to improve walking in
patients with multiple sclerosis (MS). In clinical trials, patients treated
with Ampyra had faster walking speeds than those treated with an
inactive pill (placebo). This is the first drug approved for this use.
For Immediate Release: Jan. 22, 2010
Pinacidil
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CLASSIFICAZIONE DEI CANALI AL K+
SECONDO HUGO (Human Genome Organization)
…ma non tiene conto della tipologia strutturale
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… oltre alle variazioni della struttura determinate dalle mutazioni
naturali, una variabilità aggiuntiva è costituita dalla formazione di
tetrameri eteromerici dei canali al potassio di tipo Shaker …
homotetramero
heterotetramero
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Canali al cloro
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Canali al Cl- voltaggio dipendenti (e non solo)
44 Nature Reviews Drug Discovery 8, 153-171 (February 2009)
Struttura dei canali al Cl-
45 Nature Reviews Drug Discovery 8, 153-171 (February 2009)
I canali al Cl- in alcune cellule
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Canali al Cl-
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Quando i canali non funzionano
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Canali “senza porta” (non gated) o canali di “leakage” :
definiscono il potenziale della membrana a riposo
cancellano i gradienti ionici creati ai due lati delle membrane dai trasporti attivi!!
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Esistono canali di leakage (“leakage channels” o “resting channels”) per i tre ioni
più diffusi nei liquidi organici: Na+, K+, Cl-.
Non se ne sa molto, perché sono stati studiati molto meno dei VOC e dei ROC
Sodium channels non-neuronal-1
(SCNN1)
Amiloride-sensitive Sodium channel
(ASSC).
Canali del K+ di tipo “leak”
“2P”
Canali cationici
Come si studiano
i canali ionici?
Ovvero ovvero tecniche di laboratorio di
elettrofisiologia
Amplificatore
Chiuso
Aperto
A1 A8 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 A10
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
