دانلود پایان نامه سیستم عصبی و نفوذپذیری


Widget not in any sidebars

کانالهای کلسیمی وابسته به ولتاژ پروتئینهای اینتگرال غشاء هستند که ورود کلسیم به داخل سلول را طی دپلاریزاسیونهای غشایی امکانپذیر میسازند. این کانالها به مقدار اندک به یونهای سدیم نفوذپذیرند اما نفوذپذیری به کلسیم هزار برابر سدیم میباشد. در یک تقسیم بندی اولیه این کانالها با توجه به پتانسیل غشایی که در آن فعال میشوند به دو دسته HVA و LVA تقسیم میشوند. کانالهای HVA نسبت به کانالهای LVA برای فعالیت خود به دپلاریزاسیون غشایی بیشتر احتیاج دارند همچنین طی دپلاریزاسیونهای طولانی مدت جریان کلسیمی طولانیتری ایجاد میکنند.
از لحاظ ساختاری این کانال‌ها یک مجموعه هترو‌مولتی‌مریک هستند. مهمترین زیرواحد این کانالها، زیرواحد 1α میباشد و از آن جهت که منفذ هدایتگر یون، سنسور ولتاژ و ساختارهای لازم برای gating و برهمکنش با پروتئینهای تنظیمی، دارو و سموم را فراهم میآورد حائز اهمیت است (Catterall, et al., 2003). در کانالهای HVA زیرواحد 1α با تعدادی زیرواحد فرعی β، α2، γ و δ گرد هم آمده و یک کمپلکس کانالی راتشکیل میدهد (Ertel, et al., 2000; Catterall, et al., 2005). اگرچه زیر واحدهای کمکی خواص کانال را تعیین می‌کنند و اثرات مهمی بر کنتیک، وابستگی به ولتاژ و ویژگیهای فارماکولوژیکی این کانالها دارند اما تنوع فارماکولوژیک و الکتروفیزیولوژیک کانال‌های کلسیمی در درجه اول از وجود انواع زیرواحدهای 1α ناشی می‌شود. به نظر میرسد کانالهای LVA فاقد این زیرواحدهای فرعی باشند.
رایجترین تقسیمبندی کانالهای کلسیمی بر اساس معیارهای بیوفیزیکی چون کنداکتنس، کنتیک فعال و غیرفعال شدن و ویژگیهای فارماکولوژیک صورت میگیرد. طی این تقسیمبندی کانالهای HVA به انواع کانالهای L-type، N-type، P/Q-type و R-type، تقسیمبندی میشوند (Tsien, et al., 1987).
کانالهای L-type برای فعال شدن خود به دپلاریزاسیون بالا احتیاج دارند و دارای هدایت یونی بالا هستند. این کانالها بیشتر در جسم سلولی نورونها و بخش نزدیک دندریت قرار دارند. مهمترین مهارکننده این کانالها دیهیدروپیریدینها میباشند (Catterall et al., 2005).
کانالهای N-type، P/Q-type و R-type برای فعال شدن خود به دپلاریزاسیون غشایی کمتر از کانالهای L-type احتیاج دارند. توکسین‌های پلی‌پپتیدی ویژه‌ای از سموم عنکبوت، حلزون و رطیل مانند IVA–agatoxinω، Conotoxin GVIA و SNX-482 به ترتیب کانال‌های P/Q، N و R را مهار می‌کنند (Adams, et al., 1993). این کانالها به مقدار زیاد در پایانههای سیناپسی نورونهای مرکزی و محیطی بیان میشوند و فعالیت آنها منجر به آزادسازی نوروترانسمیترها میشود، انتقال عصبی را در بسیاری از سیناپس‌های سریع شروع کرده و همچنین ورود کلسیم به جسم سلولی و دندریت‌ها را وساطت می‌کنند (Catterall, et al., 2003). کانالهای N-type بیشتر مرتبط با انتقالات مهاری هستند و کانال های P/Q-type بیشتر مرتبط با آزادسازی نوروترانسمیترهای تحریکی هستند اما انتقالات مهاری را نیز حمایت میکنند (Burke, et al., 1993; Caddick, et al., 1999). موش‌هایی با جهش در کانال‌های P/Q درجاتی از تشنجات غائب را نشان می‌دهند (Jouvenceau, et al., 2001). کانالهای LVA به علت جریانهای گذرایی که ایجاد میکنند T-type نیز نامیده میشوند. این کانالها در پتانسیل غشایی نزدیک پتانسیل استراحت غشاء (حدود 70- میلیولت) فعال میشوند هدایت یونی پایین و دوره باز بودن کوتاه دارند. از مهارکننده‌های رایج این نوع جریانات کلسیمی می‌توان میبفرادیل، کورتوکسین (سم عقرب) و یون‌های نیکل را نام برد(Perez-Reyes, 2003; Catterall, et al., 2005). کانالهای نوع Tهمچنین درنرونهای ایزوله و در سلولهای جدا شده از ماهیچه، بافتهای اندکرین و اسپرم مشخص شدهاند. ویژگی قابل توجه این کانالها توانایی آنها در ایجاد اسپایکهای کلسیمی با آستانه کم و در نتیجه ایجاد فعالیتهای انفجاری، ایجاد جریان پنجرهای و در نتیجه ایجاد نوسانات آهسته غشایی میباشد. مطالعات متعددی وجود کانال‌های کلسیمی نوع L و T را در نورون‌های حلزون نشان داده‌اند. مشخص شده که 55% از جریان‌های کلسیمی در نورون‌های حلزون از نوع L و مابقی از نوع T می‌باشد و توسط عوا مل مختلفی از جمله فسفوریلاسیون توسط کینازها و G پروتئینها تنظیم میشوند (Faizi et al., 2003; Vatanparast et al., 2006; Senatore and Spafford, 2010).
1-4-2) کانالهای پتاسیمی
کانالهای پتاسیمی دستهای از پروتئینهای غشایی با عملکردهای متعدد در سلولهای تحریکپذیر و غیرتحریکپذیر هستند که در تعیین پتانسیل غشا و تنظیم طیف متنوعی از فرایندهای سلولی حائز اهمیت میباشند. بطور کلی در شرایط نرمال با توجه به گرادیان الکتروشیمیایی یون پتاسیم در جهت خروج از سلول عمل میکند، فعال شدن این کانالها منجر به تقلیل تحریکپذیری غشاء میشود (Yuan and Chen, 2006). بیش از 100 ژن کدکننده برای زیرواحد آلفا-زیرواحد تشکیل دهنده منفذ- کانالهای پتاسیمی در ژنوم پستانداران وجود دارد و این مورد، کانالهای پتاسیمی را متنوعترین کانالها و یکی از بزرگترین خانوادههای پروتئینهای سیگنالینگ کردهاست. در بسیاری از فرایند‌های فیزیولوژیک از جمله پیامرسانی سلولی، ترشح انسولین، تحریک‌پذیری نورون‌ها، انتقال اپیتلیالی الکترولیت‌ها، انقباض عضله صاف، تنظیم حجم سلول و ضربان قلب دخیلند (Hille, 2001). سایر کانالهای پتاسیمی فقط در بافتهای تحریک پذیر (نورونها، ماهیچههای اسکلتی و قلبی) بیان شده و بیان آنها میتوانند الگوهای سلولی و زیرسلولی بسیار محدود داشته باشند و جنبههای خاص و موضعی سیگنالینگ الکتریکی را تنظیم کنند (Kang et al., 2008). کانالهای پتاسیمی در نورونها در موارد زیر دخالت میکند: برقراری پتانسیل استراحت غشاء (RMP)، تنظیم مدت زمان پتانسیل عمل (AP duration)، تنظیم تحریکپذیری یک نورون منفرد و کنترل قدرت سیناپسی بین نورونها (Vatanparast, et al., 2006). کانالهای پتاسیمی وابسته به ولتاژ و کانالهای پتاسیمی وابسته به کلسیم از مهمترین این کانالها میباشند که در ادامه به آنها اشاره خواهدشد.
1-4-2-1) کانال‌های پتاسیمی وابسته به ولتاژ
کانال‌های پتاسیمی وابسته به ولتاژ، تنظیمکننده طول مدت فاز رپلاریزاسیون پتانسیل عمل، هیپرپلاریزاسیون متعاقب (AHP) و فاصله بین اسپایک‌ها می‌باشند (Edgerton, et al., 2003). از جمله مهمترین آنها عبارتاست از: کانالهای پتاسیمی جبرانکننده تأخیری (KDr) که به خاطر کنتیک فعال شدن آهسته احتمالاً در فاز رپلاریزاسیون و تعیین مدت پتانسیل عمل مشارکت میکنند، کانالهای پتاسیمی سریع (A-type) که بواسطه کنتیک بسیار سریعشان در ایجاد فعالیت با فرکانس بالا مشارکت دارند (Jonas et al., 2004)، همچنین جریانهای پتاسیمی نوع M که کنتیک آهستهتر از کانالهای KDr دارند و معمولاً بعنوان کانالهایی که غیرفعال نمیشوند شناخته میشوند و بواسطه همین ویژگیشان در پدیده تطابق مشارکت دارند (Storm, 1990).
1-4-2-2) کانالهای پتاسیمی وابسته به کلسیم
در بسیاری از نورونها ورود کلسیم طی پتانسیلهای عمل سبب فعالسازی برخی از انواع کانالهای پتاسیمی میشود. این کانالها در سلولهای تحریکپذیر اهمیت بسزایی دارند و در ایجاد رپلاریزاسیون و هیپرپلاریزاسیون متعاقب پتانسیل عمل (AHP) مشارکت دارند (Vatanparast, et al., 2007). این جریان نخستین بار توسط Meech و Strumwasser در سال 1970 در نورون‌های حلزون شناسایی شد. امروزه این جریانات پتاسیمی وابسته به کلسیم در انواع مختلفی از سلول‌ها شناخته شده‌اند این کانالها بر اساس ویژگیهای بیوفیزیکی و فارماکولوژیکی به 3 دسته ی BK، SK و IK تقسیم میشوند (Vegara, et al., 1998).
کانالهای BKنخستین بار در غشای سلول‌های کرومافین (Marty A, 1981) و عضله اسکلتی موش شناسایی شدند (Pallotta, et al., 1981). این کانالها هدایتپذیری بالایی داشته و فعالشدنشان مستلزم دپلاریزاسیون غشاء و حضور کلسیم میباشد. هدایت کانال منفرد در حدpS 250-100 می‌باشد (McManus, 1991).
دربسیاری از سلول‌ها کانال‌های BK در رپلاریزاسیون سریع و همچنین در AHP سریع (fAHP)، که بطور سریع در طی پتانسیل عمل فعال شده و چند ده میلی ثانیه دوام دارد، نقش دارند. لذا مهار این کانال‌ها می‌تواند باعث افزایش غیر فعال شدن جریانات زودگذر سدیمی (INaT) و افزایش فعال شدن جریانات آهسته پتاسیمی شود که کاهش فرکانس پتانسیل عمل در سلول‌ها را بهدنبال دارند (Gu, et al., 2007) بنابراین زمان تحریک‌ناپذیری را تحت تاثیر قرار داده و تحریک‌پذیری سلول را کاهش می‌دهد. هر عاملی که باعث افزایش غیرطبیعی هدایت کانالهای BK شود، مثل جهش در زیرواحدهای اصلی (α)، منجر به افزایش غیرنرمال تحریکپذیری و بروز اختلالاتی از جمله صرع میشود (Du, et al., 2005). این کانالها بوسیله غلظتهای کم تترااتیلآمونیوم، iberiotoxinو paxilline مهار میشوند (Faber and Sah, 2003; Galvez, et al., 1990).
کانالهای IK دارای هدایتپذیری متوسطی میباشند. هدایت کانال منفرد متوسطی در حدpS 80-20 هستند به ولتاژ غیرحساساند و اخیرا در مخچه شناسایی شدهاند (Engbers, et al., 2011). این کانالها در سلولهای محدودی مثل گلبولهای قرمز و سلولهای اپتلیالی نیز بیان میشوند (Ishii, et al., 1997).
کانالهای SKدر بخش‌های مختلف سیستم عصبی مرکزی به ویژه در سیستم لیمبیک و با تعداد کمتر در نواحی مانند نئوکورتکس و مخچه بیان می‌شوند (Kohler, et al., 1996). این کانالها دارای هدایتپذیری کمتر نسبت به دو مورد دیگر بوده دارای هدایت کانال منفرد در حدpS 20-4 هستند، به ولتاژ غیرحساس بوده و فعال شدنشان تنها وابسته به حضور کلسیم میباشد و بوسیله apamin مهار میشوند (McManus, 1991; .Hallaworth, et al., 2003) برخلاف کانال‌های BK کانال‌های SK در رپلاریزاسیون پتانسیل عمل شرکت نمی‌کند. این کانالها بیشتر مسئول فاز AHP آهسته و متوسط میباشند (Sah and McLachlan, 1992). بنابراین نقشی اساسی در کنترل فرکانس پتانسیلهای عمل و الگوی فعالیت بسیاری از نورونها ایفا میکنند همچنین پیشنهاد شده که کانال مذکور در پدیده تطابق (accommodation) نوعی مکانیسم مهاری در برابر افزایش بیش از حد فرکانس نیز دخالت دارد .(Yen, et al., 1999)
1-4-3) کانالهای سدیمی
کانال‌های سدیمی وابسته به ولتاژ برای شروع و انتشار پتانسیل‌های عمل در نورون‌ها ضروری هستند. این کانالها نقش مهمی را در تنظیم تحریکپذیری الکتریکی سلولها ایفا میکنند و اساساً مسئول فاز دپلاریزاسیون پتانسیلهای عمل در بسیاری از نورونها میباشند. این کانال بسته به پتانسیل غشاء میتوانند سه حالت عملکردی متفاوت داشته باشند: استراحت، فعال و غیر فعال. جریان‌های عبوری از میان کانال‌های باز کنتیک سریعی دارند و در کمتر از یک میلی ثانیه به اوج می‌رسند و در حد چند میلی ثانیه به حد پایه کاهش می‌یابند (Cummins, et al., 1994).
این کانالها پروتئینهای عرض غشائی و کمپلکسی از یک زیر‌واحد α و دو ‌زیر ‌واحد مجزای β شامل 1βو 2β می‌باشند. هر زیر‌واحد α پلیپپتید بزرگی است که از چهار تکرار هومولوگ تشکیل شده و هر تکرار شامل شش قطعه عرض غشایی (S1-S6) است. در واقع عضوی از خانواده کانالهای یونی با 24 قطعه عرض غشایی هستند، که چهار تکرار هومولوگ منفذ کانال را تشکیل داده و قطعه S4 در هر تکرار بعنوان سنسور ولتاژ عمل می‌کند. زیرواحد 2β از طریق پیوند دی‌سولفید با زیرواحد α پیوند کووالان دارد، در حالی که زیرواحد 1β پیوند کووالان ندارد. زیرواحد‌های α و β به شدت گلیکوزیله هستند (Catteral, 1995). زیر واحد آلفا دارای نقش عملکردی اساسی در کانال های سدیمی و جایگاهی برای اعمال اثر ترکیبات مختلف مثل تترودوتوکسین، ساکسی‌توکسین (مهارکننده کانال سدیمی) و سم عقرب (فعال کننده ی کانال سدیمی) می باشد. از این رو پیشنهاد شد که زیرواحد مذکور هم در کنداکتنس یونی و هم در فرایند gating کانال دخیل می‌باشد.
اگرچه INa مسئول فعالیت نورونی است، اما شواهدی مبنی بر حضور یک جریان سدیمی مداوم (INap) که مخصوصاً در تعدیل تحریک‌پذیری نورونی مؤثر می‌باشد، نیز وجود دارد. جریان سدیمی وابسته به ولتاژی مسئول ورود گذرای سدیم است که منجر به دپلاریزاسیون غشاء می‌شود. این جریان در انواعی از نورون‌ها از جمله آکسون اسکوئید، تالاموس، استریاتوم و نئوکورتکس انسان گزارش شده است و معمولاٌ تنها کسر کوچکی (%3-1) از کل جریان پیک سدیم را در نورونها نشان می‌دهد، با این حال می‌تواند الگوی تولید پتانسیل عمل را بشدت تحت تأثیر قرار دهد (Crill, 1996; Wu et al., 2005). شواهدی نشان می‌دهند که INap آستانهای حدود 10 میلی ولت کمتر از INa دارد. اما از سوی دیگر مشخص شد که INapمعمولاٌ بوسیله مهارکنندههای INa مانند تترودوتوکسین مهار می‌شود. مطالعات بیولوژی مولکولی نشان می‌دهند که به احتمال قوی هر دو جریان از یک کانال منشأ می‌گیرند، با این تفاوت که شیوه gating کانال در این جریان‌ها یکسان نیست (یک روش Slow-gating برای جریان INapوجود دارد) (Stafstrom, 2007).
1-4-3-1) کانالهای سدیمی نشتی(NALCN)
کانالهایNALCN پروتئینهای بزرگی هستند که یک توپولوژی شبیه کانالهای سدیمی و کلسیمی وابسته به ولتاژ دارند (Snutch and Monteil, 2007). این کانال نیز عضوی از خانوده کانالهای یونی با24 قطعه عرض غشایی است (Lu, et al., 2007; Snutch and Monteil, 2007). این نوع کانالها دارای خصوصیات منحصر بفرد مستقل از ولتاژ، بدون غیرفعال شدن و غیرانتخابی به دلیل ویژگیهای S4 و توالی آمینو اسیدهای ناحیهی منفذش میباشد (Lu, et al., 2007). این کانال به طور عمده در سیستم عصبی مرکزی بیان شده اما همچنین درقلب، غدهی فوق کلیه، جزایز لانگرهانس و.. نیز بیان میشود (Lee, et al., 1999; Kutlu, et al., 2009; Swayne, et al., 2009). این کانال درCNS به طور عمده در نورونها و به مقدار کمتری در الیگودنروسیتها و آستروسیتها بیان میشود (Cahoy, et al., 2008).
NALCN همراه با دو پرتئین دیگر 80UNC و 79UNCکمپلکسی را تشکیل داده که در بسیاری از فرآیندها مثل Folding، ثبات، استقرار سلولی وفعال سازی NALCN درگیر هستند (Cochet-Bissuel, et al., 2014). این کانالها دارای سهم عمدهی انتقال کنداکتنسهای لیکی سدیمی مقاوم به TTX (مهارکننده کانال سدیمی وابسته به ولتاژ) و Cs+ (مهارکننده کانال HCN) در نورونها هستند. این جریانات سدیمی جریانات پتاسیمی را در حالت استراحت متعادل ساخته تا پتانسیل استراحت غشاء حفظ شده و تحریکپذیری نورونی را تنظیم کنند .(Lu, et al., 2007)