Canali voltaggio-dipendenti per il Na+

Il modello “standard” (o “canonico”)

Elementi fondamentali sono: I soliti 4 domini (pseudo-subunità) disposte in cerchio, ognuna con 6 STM;

il filtro di selettività, dato dalla giustapposizione delle 4 “regioni P” interposte tra S5 ed S6;

le gates di attivazione, disposte all’imboccatura citoplasmatica del canale;

i sensori del voltaggio: i 4 STM S4;

la gate di inattivazione (modello “ball and chain”, sviluppato studiando i canali del K+).

E’ costituito da un’enorme subunità alfa, solitamente associata a subunità accessorie.Le anse extracellulari sono abbondantemente glicosilate, quelle intracellulari possiedono siti di fosforilazione.

Il canale voltaggio-dipendente del Na+ (NaV), clonato all’Università di Kyoto da Numa e Coll.

In verde: siti di legame per la TTX

h: gate di inattivazione

Inattivazione rapida del canale del Na:

•Avviene per mezzo di un meccanismo del tipo “ball and chain”: una regione citoplasmatica (la particella di inattivazione) occlude il poro legandosi ad una regione adiacente (il sito di attracco).

•Particella di inattivazione: porzione dell’ansa citoplasmatica che connette i domini III e IV (cruciale la regione IFMT – ile-phe-met-thr).

•Sito di attracco: regioni multiple comprendenti:

i) ansa citoplasmatica che connette S4 a S5 dei domini III e IV;

ii) estremità citoplasmatica di S6 nel dominio IV.

•L’inattivazione rapida può essere modulata da interazioni con le subunità .

Inattivazione lenta del canale del Na:

• E’ un processo completamente distinto dall’inattivazione rapida che potrebbe derivare da un riarrangiamento strutturale del poro, simile all’inattivazione di tipo C dei canali del K.

Si è osservato che l’inattivazione “di tipo C” dei canali del Na è sensibile al K+ extracellulare (viene accelerata).

Questo è interessante, perché nei periodi di intensa attività il K+ si accumula nel mezzo extracellulare. L’effetto potrebbe concorrere a determinare l’adattamento delle membrane eccitabili a stimoli prolungati (riduzione nel tempo della frequenza di scarica dei pda ad uno stimolo costante).

Probabilmente l’inattivazione “di tipo C” è dovuta al movimento voltaggio-dipendente della porzione esterna del segmento S6, che restringe il filtro di selettività. (Vedi canali del K+)

Window Current

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Atti

vazi

one/

inat

tivaz

ione

-80 -60 -40 -20 0 20Potenziale di membrana (mV)

window inattivazione attivazione attivazione3

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

-80 -60 -40 -20 0 20

Atti

vazi

one/

inat

tivaz

ione

Potenziale di membrana (mV)

Attivazione spostata verso potenziali più positivi, nessuna window

Correnti di sodio

• Transiente, INaF

– Responsabile del potenziale d’azione

– Bloccata dalla TTX

• Persistente, INaP

– Cinetica• Non inattiva

• Soglia di attivazione prossima al potenziale di riposo

• Risorgente– Responsabile di attività autoritmica?

La corrente di Na persistente (INap) è una corrente che non inattiva

Caratteristiche dell’INap:

Soglia di attivazione ~-65 mV è al di sotto del livello soglia per attivare i normali canali del Na inattivanti e quindi per generare un PdA

Proprio per questo tale corrente (non inattivante) è in grado di aumentare o favorire la risposta di un neurone ad uno stimolo depolarizzante (PPSE) sebbene sotto soglia

Analogamente, uno stimolo iperpolarizzante (PPSI) può causare deattivazione della INap che a sua volta determinerà (indirettamente) una iperpolarizzazione più marcata

gNap= 0 10 nA

1.5 s

soglia

10 nAgNap= 2 S

gNap aiuta a raggiungere la soglia

soglia

Spikes semplici generati in cellule del Purkinje

Molte fibre parallele (~200,000) prendono contatto con una singola cellula del Purkinje (convergenza).La scarica generata è di tipo tonico (spikes semplici o regular spiking) e si sovrappone ad una attività spontanea basale.

Le cellule di Purkinje generano potenziali d’azione spontanei anche in assenza di inputs sinaptici. La frequenza media durante la veglia è di circa 40 Hz (40 spikes per sec). La frequenza può aumentare per stimolazione delle fibre parallele.

I treni in figura mostrano una scarica di spikes semplici.

Comportamento inusuale delle correnti di Na+ in un neurone del Purkinje del cervelletto dopo una forte depolarizzazione: Correnti di Na+ risorgenti

Firing spontaneo in un neurone del Purkinje generato dalla presenza di correnti di Na+

risorgenti

Possibile origine dell’attività autoritmica degli spikes semplici