956 resultados para Voltage-gated Calcium Channels
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Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique.
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Les ataxies épisodiques (EA) d’origine génétique sont un groupe de maladies possédant un phénotype et génotype hétérogènes, mais ont en commun la caractéristique d’un dysfonctionnement cérébelleux intermittent. Les EA de type 1 et 2 sont les plus largement reconnues des ataxies épisodiques autosomiques dominantes et sont causées par un dysfonctionnement des canaux ioniques voltage-dépendants dans les neurones. La présente étude se concentrera sur les mutations causant l'EA-1, retrouvées dans le senseur de voltage (VSD) de Kv1.1, un canal très proche de la famille des canaux Shaker. Nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques de six mutations différentes à la position F244 et partiellement celles des mutations T284 A/M, R297 K/Q/A/H, I320T, L375F, L399I et S412 C/I dans la séquence du Shaker grâce à la technique du ‘’cut open voltage clamp’’ (COVC). Les mutations de la position F244 situées sur le S1 du canal Shaker sont caractérisées par un décalement des courbes QV et GV vers des potentiels dépolarisants et modifient le couplage fonctionnel entre le domaine VSD et le pore. Un courant de fuite est observé durant la phase d'activation des courants transitoires et peut être éliminé par l'application du 4-AP (4-aminopyridine) ou la réinsertion de l'inactivation de type N mais pas par le TEA (tétraéthylamonium). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la stabilisation d’un état intermédiaire, nous avons étudié séparément la neutralisation des trois premières charges positives du S4 (R1Q, R2Q et R3Q). Il en est ressorti l’existence d’une interaction entre R2 et F244. Une seconde interface entre S1 et le pore proche de la surface extracellulaire agissant comme un second point d'ancrage et responsable des courants de fuite a été mis en lumière. Les résultats suggèrent une anomalie du fonctionnement du VSD empêchant la repolarisation normale de la membrane des cellules nerveuses affectées à la suite d'un potentiel d'action.
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Les canaux ioniques dépendants du voltage sont responsables de l'initiation et de la propagation des potentiels d'action dans les cellules excitables. De nombreuses maladies héréditaires (channelopathies) sont associées à un contrôle défectueux du voltage par ces canaux (arythmies, épilepsie, etc.). L’établissement de la relation structure-fonction exacte de ces canaux est donc crucial pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques spécifiques. Dans ce contexte, le canal procaryote dépendant du voltage et sélectif au potassium KvAP a servi de modèle d’étude afin d’approfondir i) le processus du couplage électromécanique, ii) l’influence des lipides sur l’activité voltage-dépendante et iii) l’inactivation de type closed-state. Afin de pallier à l’absence de données structurales dynamiques du côté cytosolique ainsi que de structure cristalline dans l’état fermé, nous avons mesuré le mouvement du linker S4-S5 durant le gating par spectroscopie de fluorescence (LRET). Pour ce faire, nous avons utilisé une technique novatrice du contrôle de l’état conformationnel du canal en utilisant les lipides (phospholipides et non phospholipides) au lieu du voltage. Un modèle dans l’état fermé a ainsi été produit et a démontré qu’un mouvement latéral modeste de 4 Å du linker S4-S5 est suffisant pour mener à la fermeture du pore de conduction. Les interactions lipides - canaux jouent un rôle déterminant dans la régulation de la fonction des canaux ioniques mais ne sont pas encore bien caractérisées. Nous avons donc également étudié l’influence de différents lipides sur l’activation voltage - dépendante de KvAP et mis en évidence deux sites distincts d’interactions menant à des effets différents : au niveau du senseur de voltage, menant au déplacement de la courbe conductance-voltage, et du côté intracellulaire, influençant le degré de la pente de cette même courbe. Nous avons également démontré que l’échange de lipides autour de KvAP est extrêmement limité et affiche une dépendance à l’état conformationnel du canal, ne se produisant que dans l’état ouvert. KvAP possède une inactivation lente particulière, accessible depuis l'état ouvert. Nous avons étudié les effets de la composition lipidique et de la température sur l'entrée dans l'état inactivé et le temps de récupération. Nous avons également utilisé la spectroscopie de fluorescence (quenching) en voltage imposé afin d'élucider les bases moléculaires de l’inactivation de type closed-state. Nous avons identifié une position à la base de l’hélice S4 qui semble impliquée à la fois dans le mécanisme responsable de ce type d'inactivation et dans la récupération particulièrement lente qui est typique du canal KvAP.
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The application of antibodies to living neurones has the potential to modulate function of specific proteins by virtue of their high specificity. This specificity has proven effective in determining the involvement of many proteins in neuronal function where specific agonists and antagonists do not exist, e.g. ion channel subunits. We discuss studies where antibodies modulate functions of voltage gated sodium, voltage gated potassium, voltage gated calcium hyperpolarisation activated cyclic nucleotide (HCN gated) and transient receptor potential (TRP) channels. Ligand gated channels studied in this way include nicotinic acetylcholine receptors, purinoceptors and GABA receptors. Antibodies have also helped reveal the involvement of different intracellular proteins in neuronal functions including G-proteins as well as other proteins involved in trafficking, phosphoinositide signalling and neurotransmitter release. Some suggestions for control experiments are made to help validate the method. We conclude that antibodies can be extremely valuable in determining the functions of specific proteins in living neurones in neuroscience research.
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Firing of action potentials in excitable cells accelerates ATP turnover. The voltage-gated potassium channel Kv2.1 regulates action potential frequency in central neurons, whereas the ubiquitous cellular energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) is activated by ATP depletion and protects cells by switching off energy-consuming processes. We show that treatment of HEK293 cells expressing Kv2.1 with the AMPK activator A-769662 caused hyperpolarizing shifts in the current-voltage relationship for channel activation and inactivation. We identified two sites (S440 and S537) directly phosphorylated on Kv2.1 by AMPK and, using phosphospecific antibodies and quantitative mass spectrometry, show that phosphorylation of both sites increased in A-769662-treated cells. Effects of A-769662 were abolished in cells expressing Kv2.1 with S440A but not with S537A substitutions, suggesting that phosphorylation of S440 was responsible for these effects. Identical shifts in voltage gating were observed after introducing into cells, via the patch pipette, recombinant AMPK rendered active but phosphatase-resistant by thiophosphorylation. Ionomycin caused changes in Kv2.1 gating very similar to those caused by A-769662 but acted via a different mechanism involving Kv2.1 dephosphorylation. In cultured rat hippocampal neurons, A-769662 caused hyperpolarizing shifts in voltage gating similar to those in HEK293 cells, effects that were abolished by intracellular dialysis with Kv2.1 antibodies. When active thiophosphorylated AMPK was introduced into cultured neurons via the patch pipette, a progressive, time-dependent decrease in the frequency of evoked action potentials was observed. Our results suggest that activation of AMPK in neurons during conditions of metabolic stress exerts a protective role by reducing neuronal excitability and thus conserving energy.
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Small, synthetic peptides based on specific regions of voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs) have been widely used to study Ca2+ channel function and have been instrumental in confirming the contribution of specific amino acid sequences to interactions with putative binding partners. In particular, peptides based on the Ca2+ channel Alpha Interaction Domain (AID) on the intracellular region connecting domains I and II (the I-II loop) and the SYNaptic PRotein INTerction (synprint) site on the II-III loop have been widely used. Emerging evidence suggests that such peptides may themselves possess inherent functionality, a property that may be exploitable for future drug design. Here, we review our recent work using synthetic Ca2+ channel peptides based on sequences within the CaV2.2 amino terminal and I-II loop, originally identified as molecular determinates for G protein modulation, and their effects on VGCC function. These CaV2.2 peptides act as inhibitory modules to decrease Ca2+ influx with direct effects on VGCC gating, ultimately leading to a reduction of synaptic transmission. CaV2.2 peptides also attenuate G protein modulation of VGCCs. Amino acid substitutions generate CaV2.2 peptides with increased or decreased inhibitory effects suggesting that synthetic peptides can be used to further probe VGCC function and, potentially, form the basis for novel therapeutic development.
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Here, we described the expression and characterization of the recombinant toxin LTx2, which was previously isolated from the venomous cDNA library of a Brazilian spider, Lasiodora sp. (Mygalomorphae, Theraphosidae). The recombinant toxin found in the soluble and insoluble fractions was purified by reverse phase high-performance liquid chromatography (HPLC). Ca2+ imaging analysis revealed that the recombinant LTx2 acts on calcium channels of BC3H1 cells, blocking L-type calcium channels. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.
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Calcium channels mediate the actions of many drugs. The present work investigated whether diltiazem, an L-type calcium channel blocker, alters the inhibition of sodium appetite induced by noradrenaline and the alpha(2)-adrenoceptor agonist clonidine. Adult male Holtzman rats (N=4-8) with cannula implanted into the third cerebral ventricle were submitted to sodium depletion {furosemide sc+24-h removal of ambiente sodium). Sodium depleted control animals that received 0.9% NaCl as vehicle injected intracerebroventricularly (i.c.v) ingested 13.0+/-1.5 ml/120 min of 1.8% NaCl. Intracerebroventricular injection of either noradrenaline (80 nmol) or clonidine (20 nmol) inhibited 1.8% NaCl intake from 70 to 90%. Prior i.c.v. injection of diltiazem (6-48 nmol) inhibited from 50 to 100% the effect of noradrenaline and clonidine in a dose-response manner. Diltiazem alone at 100 nmol inhibited, but at 50 nmol had no effect on, sodium appetite. The results suggest: (1) common ionic mechanisms involving calcium channels for the inhibition that noradrenaline and clonidine exert on sodium appetite and (2) a dual role for the benzothiazepine site of L-type calcium channels in the control of sodium appetite. (C) 2002 Elsevier B.V. B V. All rights reserved.
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We study the voltage dependent calcium channels and nitric oxide involvement in angiotensin II-induced pressor effect. The antipressor action of L-Type calcium channel antagonist, nifedipine, has been studied when it was injected into the third ventricle prior to angiotensin II. The influence of nitric oxide on nifedipine antipressor action has also been studied by utilizing N(W)-nitro-L-arginine methyl ester (LNAME) (40 mu g/0.2 mu l) a nitric oxide synthase inhibitor and L-arginine ( 20 mu g/0.2 mu l), a nitric oxide donor agent. Adult male Holtzman rats weighting 200-250 g, with cannulae implanted into the third ventricle were injected with angiotensin II. Angiotensin II produced an elevation in mean arterial pressure and a decreased in heart rate. Such effects were potentiated by the prior injection of LNAME. L-arginine and nifedipine blocked the effects of angiotensin II. These data showed the involvement of L-Type calcium channel and a free radical gas nitric oxide in the central control of angiotensin II-induced pressor effect. This suggested that L-Type calcium channel of the circunventricular structures of central nervous system participated in both short and long term neuronal actions of ANG II with the influence of nitrergic system.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Introduction: Impairments in facial emotion recognition (PER) have been reported in bipolar disorder (BD) during all mood states. FER has been the focus of functional magnetic resonance imaging studies evaluating differential activation of limbic regions. Recently, the alpha 1-C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (CACNA1C) gene has been described as a risk gene for BD and its Met allele found to increase CACNA1C mRNA expression. In healthy controls, the CACNA1C risk (Met) allele has been reported to increase limbic system activation during emotional stimuli and also to impact on cognitive function. The aim of this study was to investigate the impact of CACNA1C genotype on FER scores and limbic system morphology in subjects with BD and healthy controls. Material and methods: Thirty-nine euthymic BD I subjects and 40 healthy controls were submitted to a PER recognition test battery and genotyped for CACNA1C. Subjects were also examined with a 3D 3-Tesla structural imaging protocol. Results: The CACNA1C risk allele for BD was associated to FER impairment in BD, while in controls nothing was observed. The CACNA1C genotype did not impact on amygdala or hippocampus volume neither in BD nor controls. Limitations: Sample size. Conclusion: The present findings suggest that a polymorphism in calcium channels interferes FER phenotype exclusively in BD and doesn't interfere on limbic structures morphology. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Pericyte perivascular cells, believed to originate mesenchymal stem cells (MSC), are characterized by their capability to differentiate into various phenotypes and participate in tissue reconstruction of different organs, including the brain. We show that these cells can be induced to differentiation into neural-like phenotypes. For these studies, pericytes were obtained from aorta ex-plants of Sprague-Dawley rats and differentiated into neural cells following induction with trans retinoic acid (RA) in serum-free defined media or differentiation media containing nerve growth and brain-derived neuronal factor, B27, N2, and IBMX. When induced to differentiation with RA, cells express the pluripotency marker protein stage-specific embryonic antigen-1, neural-specific proteins beta 3-tubulin, neurofilament-200, and glial fibrillary acidic protein, suggesting that pericytes undergo differentiation, similar to that of neuroectodermal cells. Differentiated cells respond with intracellular calcium transients to membrane depolarization by KCl indicating the presence of voltage-gated ion channels and express functional N-methyl-D-aspartate receptors, characteristic for functional neurons. The study of neural differentiation of pericytes contributes to the understanding of induction of neuroectodermal differentiation as well as providing a new possible stem-cell source for cell regeneration therapy in the brain. (C) 2011 International Society for Advancement of Cytometry
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Purinergic receptors participate, in almost every cell type, in controlling metabolic activities and many physiological functions including signal transmission, proliferation and differentiation. While most of P2Y receptors induce transient elevations of intracellular calcium concentration by activation of intracellular calcium pools and forward these signals as waves which can also be transmitted into neighboring cells, P2X receptors produce calcium spikes which also include activation of voltage-operating calcium channels. P2Y and P2X receptors induce calcium transients that activate transcription factors responsible for the progress of differentiation through mediators including calmodulin and calcineurin. Expression of P2X2 as well as of P2X7 receptors increases in differentiating neurons and glial cells, respectively. Gene expression silencing assays indicate that these receptors are important for the progress of differentiation and neuronal or glial fate determination. Metabotropic receptors, mostly P2Y1 and P2Y2 subtypes, act on embryonic cells or cells at the neural progenitor stage by inducing proliferation as well as by regulation of neural differentiation through NFAT translocation. The scope of this review is to discuss the roles of purinergic receptor-induced calcium spike and wave activity and its codification in neurodevelopmental and neurodifferentiation processes.