Məlumat

Natrium kanallarının dövlət modeli

Natrium kanallarının dövlət modeli


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

İnsan fiziologiyasını özüm oxuyuram. Aşağıdakı sualla qarşılaşdım:

Aşağıdakı verilmiş natrium kanalının 3 vəziyyəti açıq qapalı bloklanmış modelində (mən hesab edirəm ki, bu, qeyri-aktivləşdirilmiş deməkdir) vəziyyətdən göstərilənə keçid dərəcələri aşağıdakı şəkildə verilmişdir.

a. Sistem üçün $Q$ matrisini yazın və onun xüsusi qiymətlərini tapın. b. Bu dəyərlər nəyi ifadə edir?

Kimin tələb olunan matrisin nə olduğu barədə bir fikri varsa, minnətdar olaram. Təşəkkürlər!


Q (matris) adlı standart qeyd yoxdur.

Ancaq bu halda, məncə, onların istinad etdikləri matris dövlət keçid matrisidir (şərhlərdə Justas tərəfindən qeyd edildiyi kimi, qonşuluq matrisinə bənzəyir, lakin yalnız bağlantılar əvəzinə dərəcələrlə). Əsasən üç ştatınız var (onlara zəng edək A, BC) və bir vəziyyətdən digərinə keçid dərəcəsi var. Bu dərəcələri keçid ehtimalları şəklində də təmsil edə bilərsiniz.

Siz sadəcə bunu 3×3 matris kimi təqdim edirsiniz. Belə keçidlərin olmadığı yerə sıfır qoyun (məsələn, keçid yoxdur A üçün A və ya A üçün C):

$$egin{massiv}{|l|c|c|c|} hline & A & B & C hline A & 0 & 10 & 0 hline B & 100 & 0 & 50 hline C & 5 & 0 & 0 hline end{massiv} $$

Daha sonra bu matrisin öz dəyərini hesablaya bilərsiniz. Öz dəyərləri necə hesablamaq və onların əhəmiyyəti bu saytda mövzudan kənardır. Öz dəyərlərin necə hesablanacağını asanlıqla tapa bilərsiniz. Onların əhəmiyyəti başa düşmək o qədər də asan olmayan bir şeydir, lakin siz bu barədə daha çox oxuya bilərsiniz və bəlkə də bu saytda Riyaziyyatdan dəqiq sual verə bilərsiniz. Əsasən, onlar sizə sistemin müxtəlif istiqamətlərdə necə getdiyini bildirirlər (xüsusi vektorlarla qeyd olunur).


Natrium kanalı üçün tam birləşdirilmiş keçici həyəcanlı vəziyyət modeli

Natrium kanalı üçün birləşdirilmiş kinetik sxemin gərginlik sıxacının şərtləri altında davranışı araşdırılır. Sxem diaqram şəklində verilmişdir: tano Bu modelin Hodgkin-Huxley tənlikləri ilə yaxşı təsvir edilən gərginlik sıxacının məlumatlarına uyğun olduğunu göstərən ədədi simulyasiyalar təqdim olunur, lakin eyni zamanda Hodgkin-Huxley modelinə anormal davranış növləri verir. eksperimental olaraq görüldü. Bundan əlavə, parametr dəyərlərində birbaşa dəyişikliklərin bəzi aksonal preparatların digərlərindən fərqlənmə yollarını təqlid edə bildiyi göstərilir. Təfərrüatlı, lakin şübhəsiz ki, evristik arqumentlər aşağıdakı təkliflər üçün təqdim olunur: 1) model minimaldır, yəni heç bir sadə kinetik model simulyasiya edilmiş verilənlər massivinə uyğun gəlməyəcək və: 2) keçici həyəcanlı vəziyyətə ehtiyac yoxdur, yəni müqayisə edilə bilən sadəlik modeli yoxdur. təmiz gərginlikdən asılı kinetik simulyasiya edilmiş məlumatların sırasına uyğun olacaq.

Bu, abunə məzmununun, qurumunuz vasitəsilə girişin önizləməsidir.


Təkamül

Natrium kanalları əvvəlcə filogenetik olaraq meduzada görünür, burada onlar orqanizmə elektrik siqnallarını dağılmış sinir şəbəkəsi boyunca səmərəli şəkildə ötürməyə imkan verir. Onurğasızların Na + kanalının ifadəsi ümumiyyətlə sinir sistemi ilə məhdudlaşır, baxmayaraq ki, xordalılarda Na + kanalları zolaqlı əzələlərdə də mövcuddur. Na + kanalları üçün mərkəzi selektiv təzyiq təkamül boyu dəyişməz qalmışdır: bu molekullar böyük orqanizmlər daxilində koordinasiya və ünsiyyət probleminin həlli üçün təbiətin həllidir, xüsusən də sürət mahiyyəti olduqda. Beləliklə, Na + kanalları çox vaxt ən çox ion kanalları olduğu aksonlarda və əzələlərdə zəngin şəkildə cəmləşmişdir. Məsələn, məməlilərin ürək hüceyrələri adətən 100 000-dən çox Na+ kanalı (Makielski, Sheets, Hanck, January & Fozzard, 1987), lakin yalnız 20 000 və ya daha çox L tipli Ca 2+ kanallarını (Rose, Balke, Wier & Marban, 1992) və gərginliyə bağlı K+ kanallarının hər bir ailəsinin daha az nüsxəsi.

Na + kanalları müxtəlif alt bölmələrdən ibarətdir, lakin funksiya üçün yalnız əsas (α) alt vahid tələb olunur. Şəkil 1A α alt bölməsinin modul arxitekturaya malik olduğunu göstərir: o, dörd daxili homoloji domendən (I-IV etiketli) ibarətdir, hər biri altı transmembran seqmentdən ibarətdir və gərginlikdən asılı K+ kanalının tək α alt bölməsinə bənzəyir. Dörd sahə bir-birinə qatlanır ki, struktur komponentləri kanalın seçmə və keçiricilik xüsusiyyətlərini təyin edən mərkəzi məsamə yaradır. Maraqlıdır ki, Ca 2+ kanalları müxtəlif bölgələrdə (məsamə daxil olmaqla) əhəmiyyətli fərqlərlə oxşar ümumi arxitekturaya malikdir. Birhüceyrəli orqanizmlər K+ və Ca 2+ kanallarını ifadə etdikləri üçün daha sadə K+ kanallarının ilkin olması inandırıcıdır, sonradan Ca 2+ kanallarının genlərin təkrarlanması ilə təkamülü ilə. Na + kanalları analoji şəkildə və ya daha çox ibtidai Ca 2+ kanalındakı mutasiyalar nəticəsində yarana bilər.

A, ehtimal transmembran qatlama. Yüklənmiş S4 seqmentləri sarı, məsamələri örtən P seqmentləri isə yaşıl rəngdə göstərilmişdir. B, K + kanalında P seqmentlərinin tək hərfli kodunda düzülmüş ilkin amin turşusu ardıcıllığı (Çalkalayıcı B), ürəyin L tipli Ca 2+ kanalının dörd sahəsi və Na + kanalının dörd sahəsi. Böyük hərflə göstərilən qalıqlar gərginlikdən asılı olan Na + kanalları arasında yüksək dərəcədə qorunur. Almazlar K+ kanalında tetraetilamonium (TEA) ionunun xarici və daxili bağlanma yerlərini, qırmızı qutular isə ehtimal olunan seçicilik filtrlərini göstərir, baxmayaraq ki, Na+ kanalı vəziyyətində selektivlik üçün ən vacib olan qalıqlar ( yaşıl rənglə dairəvi) əsasən qutunun xaricindədir.

Bu təkamül mülahizələri gərginlikdən asılı ion kanalları üçün ümumi olan müxtəlif mövzuları qeyd etməyə xidmət edir: birincisi, arxitektura moduldur, ya dörd homoloji alt bölmədən (K + kanallarında) və ya dörd daxili homoloji domendən (Na + və Ca-da) ibarətdir. 2+ kanal). İkincisi, Şəkil 1-də göstərildiyi kimiA , zülallar mərkəzi məsaməni əhatə edir. Məsamə astarlı (‘P seqment’) bölgələr, müəyyən bir seçiciliyə (meduza, ilan balığı, meyvə milçəyi və insan Na+ kanalları çox oxşar P seqmentlərinə malikdir) verilmiş kanal ailəsində mükəmməl qorunma nümayiş etdirir, lakin fərqli ailələr arasında deyil. seçiciliklər (şək. 1B ). Üçüncüsü, aktivləşdirmə qapısı üçün ümumi strategiya yüksək dərəcədə qorunur: stereotipik olaraq müsbət yüklü qalıqlarla örtülmüş dördüncü transmembran seqmenti (S4), membran sahəsində yerləşir və depolarizasiyaya cavab olaraq hərəkət edir, bir şəkildə kanalı açır (Stühmer). və b. 1989).


ASIC və ENaC tipli natrium kanalları: ion seçicilik filtrlərinin konformasiya halları və strukturları

Turşu həssas ion kanalları (ASIC) və epitelial natrium kanalları (ENaC) mexanosensasiya, kimyosensasiya, nosisepsiya və qan həcminin və təzyiqinin tənzimlənməsində mühüm rol oynayan kanalların super ailəsinin üzvləridir. Bu kanallar membrandakı kanal məsamələri vasitəsilə Na+ ionlarının axınını sitoplazmaya yönəldən üçtərəfli huni kimi görünür və fəaliyyət göstərir. Bu kanalları meydana gətirən alt bölmələr iki transmembran seqmenti (TM1 və TM2) və böyük hüceyrədənkənar hissə ilə ümumi bir quruluşa malikdir. Əksər onurğalılarda ASIC-ləri (ASIC1-ASIC5) kodlayan beş paraloq gen və ENaC alt bölmələri alfa, beta, qamma və delta (α, β, γ və δ) üçün dördü var. ASIC-lər homo- və ya heterotrimer kimi funksional kanallar yarada bilsələr də, ENaC α-β-γ və ya β-γ-δ alt bölmələrindən ibarət məcburi heterotrimer kimi fəaliyyət göstərir. ASIC-in strukturu desensibilizasiya edilmiş və açıq vəziyyətlər də daxil olmaqla bir neçə konformasiyada müəyyən edilmişdir. Bu icmalda tam kompleksin, xarici vestibüldən ibarət mərkəzi tunelin, kanal məsaməsinin və ion seçicilik filtrinin asan başa düşülən molekulyar modellərindən istifadə etməklə bu dövlətlərin strukturlarının müqayisəsi təqdim olunur. Dövlətlərin ikinci, üçüncü və dördüncü strukturlarındakı fərqlər, kanalın açılmasına cavabdeh olan uyğunlaşma dəyişikliklərini təyin etmək üçün ümumiləşdirilmişdir. ENaC alt bölmələrinin sahəyə yönəldilmiş mutagenez tədqiqatlarının nəticələri ASIC1 modellərinin işığında araşdırılır. Bu müqayisələrə əsasən, ASIC1 strukturunun silisium mutagenezində ENaC-nin seçici filtri üçün molekulyar model qurulur. Bu modellər Na+ ionlarının nəmlənmiş vəziyyətdə filtrdən keçməsini təklif edir.

Açar sözlər: turşu hiss edən ion kanalları konformasiya dəyişiklikləri epitelial natrium kanalları hidratlı ionlar ion kanalları zülal dinamikası zülal quruluşu.


Dinamik həddi olan natrium kanallarının sadə Markov modeli

Fəaliyyət potensialının yaranmasının xüsusiyyətləri beynin fəaliyyətini başa düşmək üçün vacibdir və buna görə də başa düşülməli və modelləşdirilməlidir. Hansı modelin eyni vaxtda kəskin sünbül forması, sünbül həddinin dəyişkənliyi və manevrin tezlik-cərəyan asılılığının qazanılmasına bölücü təsirini təsvir edə biləcəyi hələ də açıq sualdır. Bu üç effekti eksperimental olaraq kortikal dilimlərdə yamaq-qısqac qeydləri ilə təkrarladıq, lakin biz onları Hodgkin-Huxley və Markov tənliyinə əsaslanan natrium kanalı təxminləri ilə bir və çox bölməli 11 tanınmış neyron modelindən heç biri ilə simulyasiya edə bilmədik. və natrium kanalının alt tip heterojenliyini nəzərə alanlar. Natrium kanalının aktivləşmə həddinin depolarizasiya tarixindən asılılığını xarakterizə edən gərginlik-klamp məlumatlarımıza əsaslanaraq, yavaş inaktivasiyadan asılı olaraq qapalıdan açıq vəziyyətə keçid həddi olan 3 ştatlı Markov modelini təklif edirik. Bu model hər üç fenomeni təkrarlayır. Bu modelin azalması kimi, dinamik həddi olan sızan inteqrasiya və atəş modeli də şuntla qazancın azalmasının təsirini göstərir. Bu nəticələr natrium kanallarının yavaş inaktivasiyası ilə müəyyən edilən eşik dinamikası vasitəsilə qazancın azaldılması mexanizmini müdafiə edir.

Bu, abunə məzmununun, qurumunuz vasitəsilə girişin önizləməsidir.


Aldosteronun fəaliyyəti və funksiyası

Natrium nəqlinin tənzimlənməsi mexanizmləri

Aldosteron vasitəsilə transepitelyal natrium axını ilk növbədə kortikal toplama kanallarında və daha az dərəcədə nefronun distal bükülmüş borularında və qalın bağırsağın distal sigmoid hissəsində baş verir. Hər bir halda MR ifadəsinin azalan, distaldan proksimala doğru qradiyenti var. Nüvə reseptoru ilə gözlənildiyi kimi, aldosteron reaksiyasının müvəqqəti nümunəsi 30-60 dəqiqəlik gecikmə dövrünə malikdir, ardınca əvvəlcədən mövcud nasosların və kanalların 3-6 saatda gec faza ilə istifadə olunduğu erkən mərhələ. Gec mərhələdə nasosların və kanalların sayı artır və daha uzun məruz qalma ilə morfoloji dəyişikliklər də müşahidə olunur. Bu zaman kursu ilk növbədə genomik cavaba uyğundur, yəni MR-nin liqand vasitəçiliyi ilə aktivləşdirilməsi, kodlanmış zülalları ya natrium daşınmasına vasitəçilik edən və ya nəqliyyat yolunun komponentlərini modulyasiya edən genlərin transkripsiya tənzimlənməsi ilə nəticələnir. Baxmayaraq ki, aldosteron yalnız kiçik bir faiz təşkil edir (

Nefronda reabsorbsiya olunan natriumun 2%-i, nefronda və həqiqətən də bağırsaqda aldosterona cavab verən bölgələr sidiklə natrium ifrazının son arbitridir. etioloji mutasiya aldosterona cavab verən natrium daşıma yolunun bir komponentini əhatə edir.

Aldosteronun səbəb olduğu vektorial natriumun qütbləşmiş epiteliya vasitəsilə nəqlinin klassik modelində natriumun apikal membrana daxil olması, bazolateral membranda enerjidən asılı olan natrium nasosunun vasitəçiliyi ilə amiloridlərə həssas elektrogen natrium kanalından keçir. Bu mexanizmlər toplayıcı kanalın üstünlük təşkil edən hüceyrə tipində, əsas hüceyrələrdə ən yaxşı şəkildə əks olunur (Shibata, 2017).

Epitel Natrium Kanalı

Epitelial natrium kanalı (ENaC) aldosteron reaksiyasının mərkəzidir (Soundararajan) və b., 2012). O, hər biri hüceyrədaxili N- və C-termini olan iki transmembran domenləri ilə xarakterizə olunan üç homoloji alt bölmədən (α, β və γ) ibarətdir. Amilorid-həssas natriumun maksimal daşınması üçün hər üç alt bölmə tələb olunur. Onlar 2α alt bölməsindən və β və γ alt bölmələrinin hər birindən ibarət heterotetromerik kompleks təşkil edirlər. ENaC alt bölmələri təkamül zamanı nisbətən qorunan natrium kanalı genlərinin DEG/ENaC super ailəsinin üzvləridir. ENaC-nin mərkəzi rolu həm Liddle sindromunda əks olunur, burada ENaC β və ya γ subunitlərindəki mutasiyadan sonra ikincili aktivləşmə natrium tutulmasının və hipertoniyanın artması ilə nəticələnir, ya da alt bölmələrdə inaktivləşdirici mutasiya ilə nəticələnən PHA1 alt tipində. duz itirmə sindromu. Liddl sindromunda mutasiyaların xarakteristikasında alt bölmələrin C-terminusunda bütün hallarda pozulan prolin-prolin-prolin-X-tirozin (PY) motivi müəyyən edilmişdir. ENaC nisbətən qısamüddətli zülaldır, α və γ-nin N uclarında qalıqlar üzərində ubiquitinated, lakin β alt bölmələri deyil. deqradasiya. ENaC subunit geninin ifadəsinin aldosteron tərəfindən tənzimləndiyinə dair sübutlar olsa da, bu, həm β-, həm də γENaC subunit mRNA səviyyələri kolonda aldosteron tərəfindən artır, lakin böyrək korteksində deyil, toxuma spesifikdir, halbuki αENaC mRNA səviyyələrində artım müşahidə olunur. daxili medulla. Ümumilikdə, belə görünür ki, aldosteron ENaC sintezini artıra bilər (ən azı gec mərhələdə), erkən fazada bir təsir (yəni, əsas təsir) ən azı distal nefronun bir xüsusiyyəti deyil. Bununla belə, aldosteron transkripsiyaya təsirinə uyğun zaman kursu ilə serin, treonin kinaz, serum və qlükokortikoidlə tənzimlənən kinaz-1 (sgk-1) ifadəsini artırır. Sgk-1, ENaC-yə bağlanmasını maneə törətmək üçün Nedd4-2 ilə birbaşa qarşılıqlı əlaqə qurur və nəticədə ENaC-nin deqradasiyasını ləngidir. Aldosteronun əsas kəskin təsiri beləliklə apikal membrandakı kanalların plazma membranından axmasını azaltmaqla onların sayını artırmaqdır. Qlükokortikoidin səbəb olduğu lösin fermuar zülalı, həmçinin aldosteron tərəfindən induksiya olunur, ENaC-nin mənfi tənzimləyicisi olan ERK siqnalını sıxışdırmaq üçün fəaliyyət göstərir, həmçinin Nedd 4-2 ilə birbaşa əlaqə qurur. Daha bir aldosteronun yaratdığı zülal, Ras3-ün kinaz repressorunun (CNK3) birləşdirici gücləndiricisi, ENaC-tənzimləyici kompleksin yığılmasında iskele zülalı kimi xidmət edir.

Sgk-1, həmçinin Dotla-Af9 vasitəçiliyi ilə transkripsiya repressiyasının relyefi vasitəsilə ENaCα-alt birlik gen ifadəsinin tənzimlənməsində iştirak edir. Nedd4-2, özü aldosteron tərəfindən tənzimlənən bir deubikitinylation fermenti olan Usp2-45 tərəfindən tənzimlənir. Sgk-1, insulin reseptoru kimi membranla əlaqəli reseptorlardan siqnalı birləşdirə bilən fosfatidilinosital 3-kinaz (PI 3-kinaz) yolu ilə fosforlaşma tələb edir. PI 3-kinaz, aldosteronun səbəb olduğu gen kimi müəyyən edilmiş K-ras 2A da daxil olmaqla kiçik monomerik G zülalları tərəfindən aktivləşdirilə bilər.

Aldosteron həmçinin subunitlərin iki transmembran domenləri arasında hüceyrədənkənar döngəni parçalayan prostasin və kallikrein kimi serin proteazın təsiri ilə plazma membranında ENaC komplekslərinin açıq ehtimalını artırır.


İstinadlar

Sato, C. et al. Təbiət 409, 1047–1051 (2001).

Beneski, D. A. və Catterall, W. A. Proc. Natl akad. Sci. ABŞ 77, 639–642 (1980).

Agnew, W. A., Moore, A. C., Levinson, S. R. & Raftery, M. A. Biokimya. Biofiz. Res. Kommun. 92, 860–866 (1980).

Noda, M. et al. Təbiət 312, 121–127 (1984).

Goldin, A. L. et al. Neyron 28, 365–368 (2000).

Catterall, W. A. Neyron 26, 13–25 (2000).

Lehmann-Horn, F. & Jurkat-Rott, K. Fiziol. Rev. 79, 1317–1372 (1999).

Doyle, D. A. və başqaları. Elm 280, 69–77 (1998).

Rohl, C. A., Boeckman, F. A., Scheuer, T., Catterall, W. A. ​​& Klevit, R. Biokimya 38, 855–861 (1999).

Yang, N., George, A. L. & amp Horn, R. Neyron 16, 113–122 (1996).

Cha, A., Snyder, G. E., Selvin, P. R. & Bezanilla, F. Təbiət 402, 809–813 (1999).

Glauner, K. S., Manuzzu, L. M., Qandi, C. S. və İsakaff, E. Təbiət 402, 813–817 (1999).


Hissə 2: Müəmmalı TMEM16 Ailəsində Kalsiumla Aktivləşdirilmiş Xlorid Kanalı (CaCC)

00:00:0723 Salam.
00:00:0823 Mən Lily Jan.
00:00:1023 İon kanallarının öyrənilməsinə dair iki hissəli seriyanın bu ikincisində sizə məlumat verəcəyəm
00:00:1924 kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları.
00:00:2225 Bu, Yuh-Nung Jan ilə uzunmüddətli əməkdaşlığın bir hissəsidir.
00:00:2820 Kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları yalnız bu minillikdə molekulyar olaraq müəyyən edilmişdir.
00:00:3620 təxminən on il əvvəl, baxmayaraq ki, bu kanallar 1980-ci illərdən bəri öyrənilmişdir
00:00:4318 və onlar vacib olan bir sıra müxtəlif funksiyalarla əlaqələndirilmişdir.
00:00:5317 Bu söhbətdə mən əvvəlcə kanal molekulunu müəyyən etmək üçün getdiyimiz yolları nəzərdən keçirəcəyəm,
00:01:0016 və sonra sizə bu kanalların funksiyası haqqında öyrəndiklərimizi söyləyin.
00:01:0706 Bu kanalları əmələ gətirən molekullar deyil, funksiya haqqında bildiyimiz maraq kanalı üçün,
00:01:1715 ümumi yanaşmalardan biri bu kanal üçün zəngin bir mənbə müəyyən etməkdir və
00:01:2509 RNT hovuzlarını Xenopus oositlərinə enjekte edin ki, kanal fəaliyyəti aşkarlana bilsin
00:01:3402 oositlərdən qeyd ilə.
00:01:3705 Biz kanal üçün tək bir klonla sona çatana qədər bu cDNA hovuzlarını subdivide edə bilərik.
00:01:4613 Bu yanaşmanın işləməsi üçün ifadə sistemi kimi istifadə edilən Xenopus oositləri
00:01:5503 maraq kanalını ifadə edə bilməz.
00:01:5727 Beləliklə, əgər Xenopus oositlərinə su vursaq, heç bir kanal fəaliyyəti görməməliyik.
00:02:0701 İfadə klonlamasının bu yanaşması əvvəlcə Julius və Nakanishi tərəfindən hazırlanmışdır.
00:02:1521 Və bu yanaşmadan istifadə edərək, ilk araşdırmalarında, bir G proteini ilə əlaqəli reseptoru klonladılar
00:02:2413 fosfolipaz C və aktivləşdirmə daxil olmaqla bir siqnal yolunu aktivləşdirir.
00:02:3223 daxili mağazalardan kalsiumun sərbəst buraxılması.
00:02:3607 Onlar endogen olan kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanallarına etibar edirdilər.
00:02:4217 Xenopus oocytes bu bütün siqnal yolunun aktivləşdirilməsini bildirmək üçün.
00:02:5108 Və biz bilirik ki, Xenopus oositlərindəki bu kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları
00:02:5703 polispermiyanın qarşısını almaq üçün vacib bir funksiyaya xidmət edir.
00:03:0124 Və bu kanallar əslində 1980-ci illərdən bəri oositdə tədqiq edilmişdir.
00:03:0806 Və bu səbəbdən, Xenopus oositlərinin ifadə sistemi kimi istifadə edilə bilməyəcəyini bilirik.
00:03:1505 CaCC-nin ifadə klonlanması üçün.
00:03:1812 Bunun əvəzinə, Bjorn Schroeder fizioloji polispermik olan axolotl oositlərinə getdi.
00:03:2902 Axolotl ooctyes-də çox az endogen CaCC ifadəsini tapdıqdan sonra Bjorn istifadə etdi
00:03:3716 ifadə sistemi kimi bu oositlər və CaCC üçün RNT mənbəyi kimi Xenopus oositləri
00:03:4708 kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalını klonlaşdırmaq.
00:03:5125 Və bu, Xenopus TMEM16A-nın CaCC kimi müəyyən edilməsinə səbəb oldu.
00:03:5816 Və sonra o, məməli homoloqlarını sınaqdan keçirdi və tapdı. on nəfərdən ibarət ailədə,
00:04:0509 TMEM16A və 16B kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanallarını əmələ gətirdi.
00:04:1122 Və təxminən eyni vaxtda Koreyadakı Oh qrupu və İtaliyadakı Qalietta qrupu müstəqil olaraq
00:04:2117 TMEM16A-nın kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları meydana gətirdiyi qənaətinə gəldi,
00:04:2816 lakin çox fərqli yanaşmalardan istifadə edir.
00:04:3306 Son tədqiqatlardan görürük ki, TMEM16A periferiyada çox geniş şəkildə ifadə edilir,
00:04:4125 epitel hüceyrələri və hamar əzələ hüceyrələri daxil olmaqla.
00:04:4604 Və TMEM16B çoxlu beyin bölgələrində, həmçinin həssas neyronlarda ifadə edilir.
00:04:5420 Odorant qəbulu və fotoreseptorlarda.
00:05:0005 Fotoreseptorlarda TMEM16B tərəfindən əmələ gələn kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları yerləşir.
00:05:0817 lent sinapsında.
00:05:1020 Onlar PSD95 anker zülalına bağlanır və mənfi rəy tənzimləməsini təmin edirlər.
00:05:1910 Odorant neyronlarda, odorantın G zülalı ilə əlaqəli reseptorları aktivləşdirəcəyi kirpiklərdə,
00:05:2626 nüfuz edən siklik nukleotid qapılı ion kanallarının açılmasına gətirib çıxarır
00:05:3310 həm kalsium, həm də natrium kimi digər müsbət yüklü ionlar, sonra kalsium aktivləşəcək
00:05:4203 kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları.
00:05:4426 Beləliklə, TMEM16B tərəfindən yaradılmış CaCC odorant siqnalının aşağı səs-küylü yüksək qazanclı gücləndirilməsini təmin edir.
00:05:5720 Sinir sistemində biz TMEM16A-nın dorsal kök ganglionlarında sensor neyronlarda olduğunu görürük.
00:06:0720 Lakin TMEM16B müxtəlif beyin bölgələrində, mərkəzi neyronlarda tapılır.
00:06:1406 Maraqlı bir əlaqə var.
00:06:1617 16B ifadə edən hüceyrələr kalium-xlorid kotransporterlərini ifadə etməyə meyllidirlər,
00:06:2427 və bu hüceyrələrin içərisində aşağı xlorid konsentrasiyası var.
00:06:3004 Və beləliklə, xlorid kanalları inhibitordur.
00:06:3224 Lakin dorsal kök ganglionları kimi hüceyrələrdə və həmçinin beyində yetişməmiş neyronlarda,
00:06:4108 hüceyrələr fərqli bir daşıyıcıdan, natrium-kalium-xlorid kotransporterindən istifadə edirlər.
00:06:4828 Və bu hüceyrələr yüksək xlorid konsentrasiyasına malikdir və xlorid kanalları həyəcanlandırıcıdır.
00:06:5706 Və bu, periferiyadakı bir çox müxtəlif hüceyrələrə, həmçinin digər orqanizmlərdəki hüceyrələrə aiddir.
00:07:0411 yaşıl yosunlar da daxil olmaqla.
00:07:0601 1980-ci illərdə aparılan araşdırmalardan bilirik ki, yaşıl yosunlarda kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları mövcuddur.
00:07:1517 Və əslində bunlar fəaliyyət potensialı yaratmaqdan məsul olan kanallardır.
00:07:2115 Bu natrium kanalları deyil.
00:07:2326 Və beləliklə, bu yaşıl yosunlarda fəaliyyət potensialının daha yavaş olduğunu görə bilərik.
00:07:2922 Fəaliyyət potensialı vəziyyətində olduğu kimi, millisaniyələrdən çox saniyə çəkir.
00:07:3514 sinirlər və əzələlər.
00:07:3714 Və bunlar kalsium kimi istinad edilmişdir. çünki kimyəvi fəaliyyət potensialı kimi
00:07:4400 fəaliyyət potensialını stimullaşdırmaq üçün kalsium artımını tələb edir.
00:07:4917 Və işıq söndürüldükdə, kalsium xloroplastlardan sərbəst buraxılır.
00:07:5826 Beləliklə, biz görə bilərik ki, gecikmə müddətində mütərəqqi bir qısalma var.
00:08:0408 fəaliyyət potensialının yaranması.
00:08:0711 Və fəaliyyət potensialı zamanı kalsiumda daha da yüksəliş var.
00:08:1113 Və bu, sitoplazma axınında fasilə ilə nəticələnəcək.
00:08:1928 Və bunlar həqiqətən böyük hüceyrələrdir, gördüyünüz kimi, yaşıl yosunlarda.
00:08:2418 Və sitoplazmik axın hərəkət etmək üçün bir yoldur, bilirsiniz, orqanellər və materiallar
00:08:3103 hüceyrənin ətrafında.
00:08:3411 İndi heyvanlar aləminə qayıdın.
00:08:3808 Hava yolu epiteliyasında apikal tərəfdə iki müxtəlif növ xlorid kanalı görürük.
00:08:4516 hüceyrənin luminal tərəfi.
00:08:4805 Biri TMEM16A tərəfindən əmələ gələn kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalıdır.
00:08:5314 Digəri isə CFTR-dir.
00:08:5628 Və bu, kistik fibroz xəstəliyi ilə əlaqəli kanaldır.
00:09:0203 Və bu xlorid kanalları nəzarətdən məsuldur və ya nəzarətdə iştirak edir,
00:09:0919 hava yolu səthi mayesinin qalınlığı, ASL.
00:09:1520 Və epiteliyanın luminal tərəfini əhatə edən bu maye çox vacibdir.
00:09:2322 Hava yolunda patogenlərin mukosiliar təmizlənməsi.
00:09:3018 Tənəffüs yolunda, TMEM16A tərəfindən əmələ gələn bu kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları da asanlaşdırır
00:09:3900 musinin lümenə salınması.
00:09:4222 Və 1980-ci illərdən biz müxtəlif ekzokrin bezlərin tədqiqatlarından öyrəndik ki,
00:09:4926 kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları, sekresiyaya nəzarət etmək üçün vacibdir,
00:09:5616 bilirsiniz, tüpürcək bezləri, tər vəziləri və s.
00:10:0005 Və bu bezlər TMEM16A-nı ifadə edir.
00:10:0628 Hamar əzələdə kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları aktivləşdirilə bilər, məsələn,
00:10:1502 nöqtə buraxılışı ilə. daxili anbarlardan bolus kalsium.
00:10:2201 Və bu, hüceyrə membranında yaxınlıqdakı kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanallarına səbəb olacaq
00:10:2818 açmaq, STIC kimi istinad edilən şeyə gətirib çıxarır: spontan keçici daxili cərəyan.
00:10:3700 Bu depolarizasiyaya səbəb olacaq.
00:10:3919 Və bu, daha da gərginliyə bağlı kalsium kanallarının açılmasına səbəb olacaq.
00:10:4321 Beləliklə, yüksələn kalsium və hamar əzələ daralmasını davam etdirmək üçün müsbət bir rəydir.
00:10:5500 Bağırsaqda, bilirsiniz ki, mədə-bağırsaq traktında hüceyrələr var.
00:11:0116 Cajalın interstisial hüceyrələri.
00:11:0416 Eyni şəkildə, kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanalları da var.
00:11:0823 Daxili mağazalardan bir kalsium nəfəsi olduqda, bir STIC yaradacaq,
00:11:1518 burada qeyd olunub, bu kiçik yüksəliş.
00:11:1821 Və bu spontan keçici depolarizasiya daha sonra açılışa səbəb olacaq
00:11:2505 gərginliyə bağlı kalsium kanalları və bu yavaş dalğaları yaradın.
00:11:3103 Cajalın interstisial hüceyrələri hamar əzələlərlə elektriklə birləşmiş boşluq qovşaqlarındadır.
00:11:3815 Beləliklə, bağırsaqda əslində Cajalın interstisial hüceyrələrinin bütün şəbəkəsi var.
00:11:4514 elektriklə bir-birinə və həmçinin hamar əzələlərə bağlıdır.
00:11:5017 Və bu yavaş dalğaların yayılması mədə və bağırsaqların ritmik hərəkətini idarə edir.
00:12:0002 Beləliklə, vəhşi tip nəzarətdə təcrid olunmuş mədənin hələ də ritmik daralmadan keçdiyini görürük.
00:12:0828 Amma mutant siçanlarda, TMEM16A olmadan, mus. mədə bunu etmir.
00:12:1815 Ritmik hərəkət yoxdur.
00:12:2125 Beləliklə, Cajalın interstisial hüceyrələrində TMEM16A meydana gəlmə üçün məsuliyyət daşıyır və ya tələb olunur
00:12:3220 kardiostimulyator fəaliyyəti, mədə-bağırsaq traktının ritmik hərəkətini idarə edən bu yavaş dalğalar.
00:12:4120 Epitel hüceyrələrində, TMEM16A və CFTR-də yenidən luminal tərəfdədir,
00:12:5100 epitel hüceyrələrinin apikal tərəfi.
00:12:5415 Beləliklə, bu iki fərqli xlorid kanalı eyni tərəfdə, luminal tərəfdə
00:13:0016 bağırsaqdakı epitel hüceyrələrinin, həmçinin tənəffüs yollarında,
00:13:0523, kalsiumla aktivləşdirilmiş xlorid kanallarının aktivləşdirilməsinin bir yol ola biləcəyi perspektivini artırdı.
00:13:1514 kistik fibrozlu xəstələrin bəzi simptomlarını azaltmaq və ya yaxşılaşdırmaq.
00:13:2418 Qeyd etdiyim kimi, TMEM16A müxtəlif epitel toxumalarında çox geniş şəkildə ifadə edilir.
00:13:3115 Və bu epitel hüceyrələrində kanal zülalı hüceyrə membranında və həmçinin
00:13:3720 kirpiklərin səthində, mikrovilli daxildir.
00:13:4307 Və bu kanalların nə edə biləcəyini və ya bu kanalların hansı funksiyaları ola biləcəyini soruşmaq
00:13:4924 epiteliyada, Mu He epitel hüceyrələrində bir xlorid sensoru, bir flüoresan zülal ifadə etdi,
00:13:5724 və flüoresansın xarici xlorid konsentrasiyası ilə dəyişəcəyini tapdı.
00:14:0504 Xlorid konsentrasiyasının azaldılması flüoresansın artmasına səbəb olacaq.
00:14:0924 Və daha yüksək xlorid konsentrasiyasını bərpa etmək, flüoresan intensivliyin azalmasına səbəb olacaq.
00:14:1806 Və beləliklə fluor. flüoresans intensivliyi ilə tərs mütənasibdir
00:14:2411 sitozolda xlorid konsentrasiyası.
00:14:2806 Və 16A olmayan mutant hüceyrələrdə, çəhrayı olanlar və ya müalicə olunan nəzarət hüceyrələri
00:14:3814 Bu kanalın blokatoru, floresan intensivliyində azalma var.
00:14:4417 Beləliklə, bu hüceyrələrdəki kanalın xlorid homeostazını idarə etdiyini görürük.
00:14:5104 Beləliklə, kanal fəaliyyəti olmadan, sitoplazmik xlorid konsentrasiyası daha yüksəkdir.
00:15:0008 Xlorid konsentrasiyasının dəyişməsinin nəticələrinə baxmaq üçün,
00:15:0616 Bir şey Mu O qeyd etdi ki, endosom ticarətinin təkrar emalı xlorid konsentrasiyasından asılıdır.
00:15:1515 Beləliklə, xlorid konsentrasiyasının azaldılması E-cadherin görünüşünü artıracaq
00:15:2217 təkrar emal endosomunda.
00:15:2524 Və E-cadherinin təkrar emalı hər zaman baş verən bir prosesdir.
00:15:3126 Bu, hüceyrələrə E-cadherin tərəfindən əmələ gələn yapışqan birləşmələri yenidən təşkil etməyə imkan verir.
00:15:3927 Hüceyrələr öz tənzimləmələrini tənzimləyərkən bu xüsusilə vacibdir
00:15:4621 qonşularla, embriogenez vəziyyətində olduğu kimi, inkişaf zamanı.
00:15:5125 Beləliklə, erkən mərhələlərdə, bu panellərdə epitel hüceyrələrinin hələ də bir mərhələdə olduğunu görürük.
00:16:0200 aktiv yayılma.
00:16:0420 Onlar bir-birinə qarşı, əsasən beşbucaq şəklində, beş kənarı ilə paketlənirlər.
00:16:1122 Və daha sonra inkişafda, sonra bu epiteliya sabitləşdi və bal pətək şəklində altıbucaqlı kimi qablaşdırıldı.
00:16:2318 Və TMEM16A olmayan mutant siçanlarda bu keçiddən. epiteliyanın sabit formasına
00:16:3423 çatışmazlıqdır.
00:16:3615 Biz altıbucaqlılara bu keçidi görmürük.
00:16:3922 Bu, çox güman ki, tələb olunan E-kaderinin təkrar emalındakı dəyişikliyin nəticəsidir.
00:16:4905 epitel hüceyrələrinin yenidən qablaşdırılması üçün.
00:16:5311 Sitoplazmada xlorid konsentrasiyası ilə vasitəçilik edilən digər təsir və ya nəzarət
00:17:0213 təkrar endosomların pericentriolar bölgəyə ticarəti.
00:17:0828 Və bu bölgədəki təkrar emal edən endosomlar əslində membran təchizatıdır,
00:17:1511 ciliogenesis üçün membran mənbəyi, birincil kirpiklərin meydana gəlməsi üçün.
00:17:2115 Və bu, mutantlarda, çoxlu toxumalarda niyə daha qısa ilkin kirpikləri gördüyümüzü izah edir.
00:17:3424 İndi biz bəzi fizioloji funksiyalardan keçdik,
00:17:3909 Mən dişliləri dəyişəcəyəm və bu kanalların necə işlədiyi barədə danışacağam.
00:17:4416 UCSF həmkarım Yifan Cheng ilə birgə apardığımız son araşdırmada biz gördük
00:17:5200 kanal. strukturunda, krio-EM analizi ilə.
00:17:5807 Zülalın bir dimer meydana gətirdiyini görürük.
00:18:0202 Həqiqətən də interfeysdə qırmızı ilə işarələnmiş çox yaxşı təşkil olunmuş lipidlər var.
00:18:0927 Və biz hər monomerdə iki kalsium ionunu görürük.
00:18:1411 Və onlar məsamənin olduğu yerə olduqca yaxındırlar.
00:18:1802 Beləliklə, iki kalsium ionu beş asidik qalıq və bir asparagin tərəfindən əlaqələndirilir.
00:18:2825 Və kalsium bağlayan yerin yanında məsamə var.
00:18:3320 Bu, on transmembran seqmentindən altısı tərəfindən formalaşır.
00:18:3927 Altıdan üçü, kalsium bağlama yerlərini ehtiva edən transmembran seqmentlərdir,
00:18:4606 turşu qalıqları və asparagin.
00:18:5109 Məsamələri əhatə edən qalıqları mutasiya etdikdə, yaxınlıqda bir çox qalıq tapdıq
00:19:0024 kanalın keçidində rol oynayan məsamələrin daralması, sonra da məsamə astarının qalıqları
00:19:0815 anion keçirmə üçün vacib olan məsamə boyunca.
00:19:1320 Beləliklə, bu məsamə astarlı qalıqlardan hər hansı birinin, onların hamısının, alaninlə dəyişdirilməsi,
00:19:2301 bir-bir, biz görürük ki, yodidin keçiriciliyinə qarşı xlorid keçiriciliyinə görə dəyişir,
00:19:3020 məsamə boyunca bu qalıqların məsamədəki anionlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqlarını göstərir ki, onların nüfuzuna nəzarət edir.
00:19:4305 Və daralma sahəsinin yaxınlığında olan qalıqların çoxluğu təsir göstərir
00:19:5211 kanalın qapalı vəziyyətinə qarşı açıq vəziyyətdə zülalın sabitliyi.
00:19:5808 Beləliklə, bu qalıqların alanin mutasiyaları görünən kalsium həssaslığını dəyişdirəcək
Aktivləşdirmə üçün kanalın 00:20:0525.
00:20:1122 80-ci illərdən bəri məlum olan əlamətdar xüsusiyyət mavi üçbucaqlarla göstərilir
00:20:2126 və cari gərginlik əlaqəsindəki qırmızı almazlar.
00:20:2719 Və sitozolda kalsium konsentrasiyası aşağı olduqda, kanal göstərir
00:20:3412 çox güclü gərginlik asılılığı.
00:20:3701 Lakin kalsium konsentrasiyası daha yüksək olduqda, xətti cərəyan-gərginlik əlaqəsi var.
00:20:4313 There's very little voltage dependence.
00:20:4526 Our recent study, reported this year in Nature. in Neuron, gives further insight to the way
00:20:5520 the channel works.
00:20:5802 We see that most likely the channel has actually two different open states.
00:21:0408 When the channel, or each monomer, has one calcium bound, it's highly voltage-dependent,
00:21:1313 so the channel is closed unless there is depolarization.
00:21:1928 And so when the membrane is depolarized to a more positive value, we see an instantaneous current.
00:21:2705 That's reflecting this open state.
00:21:3122 And physiologically, the significance of this single. singly-occupied channel is that
00:21:4400 these channels will not really affect the resting membrane potential, but they will
00:21:4925 modulate the excitatory synaptic potential and also the action potential.
00:21:5520 Because, during those synaptic potentials or action potentials, there will be depolarization.
00:22:0311 Now, if we look at the green curve and the blue curve, we see that just having
00:22:1022 different anions going through the pore, the channel activity is different.
00:22:1722 And so the iodide will have a greater effect in potentiating the channel activity compared
00:22:2508 to chloride.
00:22:2713 And so this is one form of positive feedback.
00:22:3104 Once the channel is opened and the anions are going through the pore,
00:22:3517 it will actually potentiate the channel activity.
00:22:4013 And then we see in this voltage clamp experiment with prolonged depolarization,
00:22:4800 there's a gradual rise in the channel activity.
00:22:5119 And that reflects the occupation of the second calcium binding site.
00:22:5703 And when the channel has both calcium binding sites occupied, it transitions into a different
00:23:0414 open conformation that shows no voltage dependence.
00:23:0804 And this increased activity is also physiologically important.
00:23:1402 So, we see in recent studies, in this case recording of neurons from the inferior olive,
00:23:2322 removing the calcium-activated chloride channel formed by TMEM16B will alter the action potential waveform,
00:23:3122 the duration, and also the afterhyperpolarization.
00:23:3620 And in this other example, it's recording from thalamocortical neurons,
00:23:4403 it makes the point that with prolonged depolarization and a whole series of action potentials being generated,
00:23:5314 this prolonged depolarization and calcium entry during the action potential
00:24:0006 will lead to a progressively larger fraction, or a larger number, of the calcium-activated chloride channels
00:24:1104 getting both calcium binding sites occupied and entering into a more active state.
00:24:2126 And that will lead to a progressive decrease in the firing rate.
00:24:2716 And this is the phenomenon known as spike frequency adaptation.
00:24:3621 This makes the point that in mammals the family of TMEM16
00:24:4426 -- TMEM stands for transmembrane protein with unknown function --
00:24:5101 we know that 16A and 16B form calcium-activated chloride channels.
00:24:5608 It was quite surprising to see that the functions of other family members are really very diverse.
00:25:0406 They are not all calcium-activated chloride channels.
00:25:0921 When we just go down the list, we found that TMEM16C behaves as an auxiliary subunit of
00:25:1715 a potassium channel, a sodium-activated potassium channel.
00:25:2205 So, having. the channel has both the alpha subunit and the beta subunit, TMEM16C,
00:25:3019 and will have greater sodium sensitivity and also greater stability.
00:25:3502 So, in the sensory neurons of the dorsal root ganglia, in the wild type there are
00:25:4309 many more of these channels and greater sodium-activated potassium currents then in the TMEM.
00:25:5010 in the animals without TMEM16C.
00:25:5513 And the end result is knocking out TMEM16C will increase the excitability of these sensory neurons
00:26:0419 and also increase the pain sensitivity of the animal.
00:26:1203 And another example is TMEM16F.
00:26:1424 That turns out to be associated, linked, to a human disease that's a bleeding disorder
00:26:2225 known as Scott syndrome.
00:26:2516 And the function of TMEM16F is required for calcium-activated lipid scramblase activity
00:26:3502 in platelet cells and other cell types.
00:26:3904 And the scrambling of lipids in the lipid bilayer allows the lipids marked in red,
00:26:4619 the phosphatidyl serine, to be exposed to the cell surface.
00:26:5112 And that serves as a landing pad for the tissue factors.
00:26:5611 And that eventually leads to the production of thrombin and blood coagulation.
00:27:0515 And for the other members, likely the functions are going to be intriguing but quite different.
00:27:1208 So, those are all still open questions.
00:27:1512 So, for this study of the TMEM16 family, Bjorn Schroeder used those axolotl oocytes for
00:27:2600 expression cloning of the channel.
00:27:2920 And so TMEM16A and B are the calcium-activated chloride channels.
00:27:3515 Fen Huang did the study of TMEM16C that turned out to be an auxiliary subunit of a potassium channel.
00:27:4516 Andrew Kim and Huanghe Yang did the initial study from our lab on TMEM16F that's linked
00:27:5328 to the bleeding disorder.
00:27:5514 Jason Tien, John Gilchrist, Mu He, Shengjie Feng, and Chris Peters have done
00:28:0409 the more recent biophysical and physiological studies, including the cryo EM study in collaboration
00:28:1207 with Yifan Cheng.
00:28:1404 And several other UCSF colleagues, including Dan Minor, Charly Craik, and Michael Grabe.
00:28:2319 The pain study was done together with Allan Basbaum.
00:28:2811 And the bleeding disorder. you know, the blood coagulation study was done in collaboration
00:28:3614 with Shawn Coughlin.
00:28:3821 And all of this is a long-term collaboration with Yuh-Nung Jan.
00:28:4227 And the study was supported by Howard Hughes Medical Institute, NIH,
00:28:4927 and a number of postdoctoral fellowships.
00:28:5300 Thank you.

  • Part 1: Introduction to Ion Channels: A Close Look at the Role and Function of Potassium Channels

Giriş

Voltage-activated sodium channels provide selective and rapidly activating ion pathways required for action potential generation and propagation. The α subunit of these channels contains multiple binding sites for neurotoxins and therapeutically important drugs (Catterall 1992). The molecular nature of many of these binding sites has been identified by systematic site-directed mutagenesis of the α subunit of mammalian sodium channels (Terlau et al. 1991 Ragsdale et al. 1994 Rogers et al. 1996 Cestele et al. 1998 Wang and Wang 1998). Much less is known about the structure–function relationships of insect sodium channels because these proteins have only recently been cloned and the conditions for their functional expression have only recently been identified (Feng et al. 1995 Warmke et al. 1997). This heterologous expression provides new opportunities for structure–function studies because modified ligand binding sites can be identified by selecting for insects with resistance to neurotoxic ligands, especially synthetic chemicals that target insect sodium channels (Bloomquist 1996 Narahashi 1998). Comparative studies between mammalian and insect sodium channels can also provide insight into structure–function relationships because insect sodium channels are particularly sensitive to a number of neurotoxins such as pyrethroids (Narahashi 1996 Vais et al. 1997 Warmke et al. 1997).

Pyrethroids are commonly used as insecticides in crop protection, animal health, and the control of insects that endanger human health. These insecticides combine high insecticidal activity with low mammalian toxicity and constitute >25% of the world insecticide market. The intensive use of pyrethroids over the last 20 yr has led to the development of resistance in many insect species (Sawicki 1985) and this now represents the single most serious threat to their continued, effective use in many pest control programs. An important mechanism of resistance, termed knockdown resistance (or kdr), confers cross resistance to the entire class of pyrethroids and is characterized by a reduced sensitivity of the insect nervous system to these compounds (Bloomquist 1993). This type of resistance has been reported in many important pest species, but is best characterized in the housefly, where several variants of kdr, including the more potent super-kdr factor, have been identified (Farnham et al. 1987). Evidence that resistance results from a modification of the sodium channel initially came from cross-resistance studies with sodium channel neurotoxins and binding studies that indicated a reduced affinity for pyrethroids on the sodium channel of super-kdr houseflies (Pauron et al. 1989). This was further supported by genetic mapping studies that showed close linkage between kdr resistance and the para-type sodium channel gene not only in the housefly (Williamson et al. 1993), but also in the tobacco budworm, Heliothis virescens (Taylor et al. 1993) and the German cockroach, Blattella germanica (Dong and Scott 1994).

Molecular analysis of the full 6.3-kb coding sequence of the housefly para-type sodium channel identified two key amino acid substitutions in pyrethroid-resistant flies, L1014F in domain IIS6 and M918T in the IIS4–S5 linker (Williamson et al. 1996). L1014F is found in both kdrsuper-kdr flies, while M918T is present only in super-kdr uçur. Remarkably, the L1014F mutation has also been found in a wide range of pyrethroid-resistant strains of a number of other species, including cockroaches (Miyazaki et al. 1996 Dong 1997), the lepidopteran Plutella xylostella (Martinez-Torres et al. 1997), Colorado potato beetles (Lee et al. 1999b), the aphid Myzus persicae (Martinez-Torres et al. 1999b), and the mosquitoes Anopheles gambiaeCulex pipiens (Martinez-Torres et al. 1998, Martinez-Torres et al. 1999a). A different super-kdr mutation was identified in Plutella i.e., a mutation in IIS5 corresponding to the housefly residue T929I (Schuler et al. 1998). To establish the role of these mutations in conferring resistance, we have incorporated the kdrsuper-kdr mutations individually and in combination into cloned Drosophila sodium channels. The Drosophila para gene codes for a sodium channel α subunit and we have previously reported the expression of this protein in Ksenop oocytes alone and in combination with tipE, a putative Drosophila sodium channel accessory subunit (Warmke et al. 1997). We found that modification by permethrin, a type I pyrethroid (i.e., one lacking an α-cyano group), is >100-fold more potent for Para than for rat-brain type IIA sodium channels (Warmke et al. 1997 see also Feng et al. 1995). We now report a more extensive characterization of the modification of insect sodium channels by the type II (α-cyano) pyrethroid deltamethrin and show that the kdrsuper-kdr mutations alter both the potency and efficacy of this insecticide. The kdrsuper-kdr mutations also reduce the potency of cismethrin and cypermethrin to modify housefly sodium channels (Smith et al. 1997 Lee et al. 1999c). Another mutation in IS6 also reduces the affinity for permethrin (Lee et al. 1999a).

Modification of vertebrate Na channels by pyrethroids and other Na channel activators such as the plant alkaloids and halogenated hydrocarbons (DDT) is enhanced by electrical activity. This modification has generally been described with a “foot-in-the-door” model (Hille 1992) i.e., the channels must open before the drug can bind and the drug must dissociate before the channels can close. Although this model can account for most features of the action of the alkaloids veratridine and batrachotoxin (Barnes and Hille 1988 Zong et al. 1992), it has been less successful with the pyrethroids. Depending on the preparation, pyrethroids can increase, decrease, or leave unchanged the amplitude of sodium current, and they sometimes modify channels in the rested state (Chinn and Narahashi 1986 Holloway et al. 1989 Ginsburg and Narahashi 1993). Moreover, pyrethroids have been classified into two major subtypes, I and II, based on their electrophysiological effects (Gammon et al. 1981). For type I pyrethroids, typified by permethrin, there is a good correlation between insecticidal activity and the ability to induce electrical spiking activity in neurons after brief exposure. However, type II pyrethroids, typified by deltamethrin, are disproportionately weak at inducing spiking activity. This has led to the suggestion that some pyrethroids act at sites other than insect Na channels.

We find that deltamethrin effects on Para/TipE sodium channels are far more potent than those previously reported with vertebrate or marine invertebrate channels. This potency allowed us to examine the mechanism of action of deltamethrin at low concentrations of drug (0.1–10 nM). In this concentration range, the voltage dependence of sodium channel modification is simpler to describe and is generally consistent with a modified foot-in-the-door model. The kdrsuper-kdr mutations reduce Na channel opening in the absence of drug by reducing the fraction of channels that open in response to depolarization (i.e, the mutations enhance closed-state inactivation). In addition, these mutations reduce the affinity of deltamethrin for Na channels and reduce the time that the channel remains open once drug has bound. Our studies suggest that the super-kdr mutations reduce the number of pyrethroid binding sites per channel from two to one. Thus, the mutations reduce both the potency and efficacy of insecticide action. Finally, we present a means of overcoming pyrethroid resistance.


Mücərrəd

The crystal structure of NavAb, a bacterial voltage gated Na + channel, exhibits a selectivity filter (SF) wider than that of K + channels. This new structure provides the opportunity to explore the mechanism of conduction and help rationalize its selectivity for sodium. Recent molecular dynamics (MD) simulations of single- and two-ion permeation processes have revealed that a partially hydrated Na + permeates the channel by exploring three SF binding sites while being loosely coupled to other ions and/or water molecules a finding that differs significantly from the behavior of K + selective channels. Herein, we present results derived from a combination of metadynamics and voltage-biased MD simulations that throws more light on the nature of the Na + conduction mechanism. Conduction under 0 mV bias explores several distinct pathways involving the binding of two ions to three possible SF sites. While these pathways are very similar to those observed in the presence of a negative potential (inward conduction), a completely different mechanism operates for outward conduction at positive potentials.


Sodium ions

A sodium atom that has lost an electron becomes the monatomic charged sodium ion and is denoted by the symbol Na + . Sodium ions have the electronic structure [1] 1s 2 2s 2 2p 6 , as they have become oxidised, having lost the lone electron in its 3s subshell: this is why sodium ions have a +1 charge overall.

Sodium ions in the human body

Sodium ions are present in the human body playing key roles in several processes, such as in the primary active transport carried out by the Na + /K + -ATPase [2] , during the depolarisation of neuronal cell membranes during an action potential and as an important component in the secondary active transport of glucose which is completed by the Na + -glucose symporter.

When a stimulus causes membrane potential to rise from its resting potential of -70 mV to threshold frequency of -55 mV. It causes the voltage gated sodium channels to open allowing the flow of sodium ions into the cell resulting in depolarisation. Once the neurone reaches peak polarisation the sodium channels close and the potassium channels open allowing the flow of potassium ions out of the cell – this is called repolarization. During repolarisation, too many potassium ions move out of the cell causing the membrane potential to fall too low therefore resulting in hyperpolarisation. When hyperpolarisation occurs, the membrane must restore the potential back to its resting potential by transporting 3 Na + out of the cell and 2K + into the cell via the sodium potassium pump using ATP [3] .

In compounds

Sodium ions also form ionic compounds with negative ions, a common example being the neutral ionic compound sodium chloride (NaCl), where the sodium ion has a positive +1 charge (Na + ) and the chloride ion has a negative -1 charge (Cl -1 ).


Videoya baxın: إفهم عمل مضخة الصوديوم بوتاسيوم في دقائق. بكالوريا2020 (BiləR 2022).