Mecanismos iónicos del potencial de membrana

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Josefina Ponce Tebar
hace 8 años
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1 Escuela "José A. Balseiro" 2014 Modelado en Neurociencias Mecanismos iónicos del potencial de membrana Ejemplos de la diversidad funcional de canales iónicos Yimy Amarillo Octubre 2014

2 Yu and Catterall 2004

3 Canal de Sodio Canal de Calcio Hille, 2001; Yu and Catterall 2004

4 Subunidades Na v alpha en mamíferos TTX location properties and function S Brain, PNS AP upstroke S Brain AP upstroke S Brain, DRG, embr. neuropathic pain S DRG, Brain fast act/inact, high threshold, pain S DRG, Brain low threshold, AP upstroke S sk. Muscle skeletal muscle function R heart heart function R PNS (sensory) slow act/inact, low threshold, pain R PNS pain sensation R DRG, uterus, glia Na+ / water balance (Na C ) amino acid homology: % identity to NaV1.2.

5 Hille, 2001

6 Especialización de Na v en el segmento inicial del axón Na v 1.2: high threshold Na v 1.6: low threshold Hu et al., 2009

7 Mecanismo de iniciación de potenciales de acción en el segmento inicial del axón de una neurona piramidal

8 Corrientes persistentes y recurrentes de Na + TTX Inactivación incompleta (5% de los canales) Estado abierto durante la recuperación desde la inactivación Do& Bean, 2003; Huang, 2009

9 Resonancia o Frecuencia Preferencial de las Neuronas Hutchteon and Yarom 2000

10 Resonancia o Frecuencia Preferencial de las Neuronas Hutchteon and Yarom 2000

11 I NaP amplifica la resonancia en neuronas Mes V Wu et al., 2005

12 Eliminación de I NaP suprime el disparo rítmico de ráfagas en neuronas Mes V Wu et al., 2005

13 Canal Leak de sodio (NALCN)

14 Canal Leak de sodio (NALCN)

16 Canales de Calcio voltaje-dependientes

17 Na +, Ca +2 K +, Cl - voltagegated channels

18 Na +, Ca +2 K +, Cl - voltagegated channels enzymes contraction channel gating gene expression secretion of neurotransmitters calcium sensors signaling proteins

19 other receptors sensorial stimuli metabotropic receptors neurotransmitters Na +, Ca +2 K +, Cl - voltagegated channels ionotropic receptors: iglur, GABA other signaling cascades enzymes contraction channel gating gene expression secretion of neurotransmitters calcium sensors signaling proteins enzymes gene expression

20 Ca V alpha subunits in vertebrates adapted from Hille, 2001

21 I Ca at +10 mv from a holding of 50 mv Budde et al., 2002

22 Distribución y función de canales de calcio en neuronas

23 Neurona Tálamo-Cortical Disparo tónico Disparo en ráfagas -58 mv Llinás and Jahnsen 1982

24 transient I Ca2+ generates burst at hyperpolarized potentials - 85 mv - 60 mv -60 mv normal -60 mv TTX (no I Na ) -85 mv Huguenard & MacCormick, 1994

26 McCormick and Pape 1990

27 Rebound Burst Action Potentials Were Absent in the TC Neurons of low-threshold T-type Ca2 KO mice

28 Regulación de la excitabilidad por canales de calcio tipo T

29 Canalopatías de calcio en humanos

31 Los canales de potasio tienen múltiples funciones En células excitables: establecimiento el potencial de reposo repolarización el potencial de membrana durante el potencial de acción control del período inter-espiga terminación de periodos de disparo repetitivo generación de oscilaciones sub-umbral funciones de filtro en fenómenos de resonancia En células NO excitables: establecimiento del potencial de membrana mantenimiento de la concentración de K + extracelular driving force para el flujo de Ca ++ transporte de electrolitos en epitelios

32 Classes of K + Channels Voltage-gated K + Channels Ca ++ -activated voltage-dependent K + Channels Ca ++ -activated voltage-independent K + Channels Inward Rectifier K + Channels Leak K + Channels I/I max -100 V m (mv) 60 Weak Rectifiers Delay Rectifiers High Ca ++ Concentration Strong Rectifiers +40 mv -120 mv A Type Low Ca ++ Concentration

34 Determinantes de la diversidad funcional La diversidad genética per-se Modificaciones transcripcionales y postranscripcionales Subunidades auxiliares Heteromultimerización Compartimentalización sub-celular (microambiente molecular)

35 Two pore K + Channels (Leak K + Channels, Background K + channels) I/I max V m (mv) +60 mv 10 ms - 95 mv -125 mv

37 Bayliss et al 2003

38 McCormick and Pape 1990

39 Inward Rectifier K + Channels 2TM I/I max -125 V m (mv) mv - 95 mv 10 ms -125 mv

40 Rectificadores fuertes clasicos Inward rectifiers activados por protínas G (GIRKs) Inward rectifiers inhibidos por ATP (K ATP )

42 Jongsma, H and Wilders, R., 2001

43 Rectificadores fuertes clasicos Inward rectifiers activados por protínas G (GIRKs) Inward rectifiers inhibidos por ATP (K ATP )

44 G protein-gated Inward Rectifier Potassium Channels (GIRK) (Kir3.1-Kir3.4)

46 Tres modos de acción de GIRKs

47 GIRKs forman heteromultímeros

49 Ca ++ -activated voltage-dependent K + Channels (Slo) Ca ++ -activated voltage-independent K + Channels (SK) I/I max 6 TMD -125 V m (mv) 60 High Ca ++ Concentration Low Ca ++ Concentration +60 mv - 95 mv -125 mv

50 Sah and Faber 2002

51 Hu et al 2001

52 Ca ++ activated K + channels mediate AHP Sah and Faber 2002

53 AHP y envejecimiento Disterhoft and Oh

54 Oh et al 2010

55 Funciones de canales SK

56 Los canales SK posibilitan alta frecuencia de disparo y cambio de modo

58 Voltage-gated K + Channels (KCNQ) (Kv7) I/I max 6 TMD V m (mv) mv - 95 mv -125 mv 100 ms

59 La corriente M (neuronas simpáticas)

61 Voltage-gated K + Channels (Kv) I/I max 6 TMD -125 V m (mv) ms +60 mv - 95 mv -125 mv

62 Los canales Kv3 posibilitan disparo repetitivo a altas frecuencias

63 Los canales Kv3 posibilitan disparo repetitivo a altas frecuencias

64 Los canales Kv3 controlan la liberación de neurotransmisores Goldberg et al 2005

65 Los canales Kv3 controlan la liberación de neurotransmisores Goldberg et al 2005

66 Hyperpolarization Activated Cationic Channels (HCN) Biel et al 2009

67 Hyperpolarization Activated Cationic Channels (HCN) Biel et al 2009

68 Ih estabiliza el potencial de membrana

70 La Interacción entre Ih e IKir explica la biestabilidad de interneronas colinérgiacas del estriado Wilson 2005

71 La Interacción entre Ih e IKir explica la biestabilidad de interneronas colinérgiacas del estriado Wilson 2005

72 M and H resonance in Hippocampus Hu et al 2002

73 M and H resonance in Hippocampus Hu et al 2002

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