Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині
У гостроiзольованих нейронах спiнальних ганглiїв щурiв методом “петч-клемп” у конфiгурацiї “цiла клiтина” дослiджено поведiнку потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв в умовах вiдсутностi у зовнiшньоклiтинному розчинi iонiв кальцiю. Встановлено, що в безкальцiєвому розчинi, який вмiщує калiй, такi кан...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8533 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині / С.В. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 195-199. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859666701270908928 |
|---|---|
| author | Король, С.В. Костюк, О.П. |
| author_facet | Король, С.В. Костюк, О.П. |
| citation_txt | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині / С.В. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 195-199. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | У гостроiзольованих нейронах спiнальних ганглiїв щурiв методом “петч-клемп” у конфiгурацiї “цiла клiтина” дослiджено поведiнку потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв в умовах вiдсутностi у зовнiшньоклiтинному розчинi iонiв кальцiю. Встановлено, що в безкальцiєвому розчинi, який вмiщує калiй, такi канали втрачають свою селективнiсть i набувають здатностi пропускати вхiдний калiєвий струм. Порiвняно вольтампернi характеристики кальцiєвого, калiєвого та натрiєвого струмiв, що протiкали через потенцiалкерованi кальцiєвi канали.
Behavior of voltage-gated calcium channels of acute isolated rat dorsal root ganglion neurons in the absence of calcium ions in external solution has been investigated with the whole cell patch-clamp method. It was determined that such channels lose their selectivity and acquire the ability to pass inward potassium current in a calcium-free potassium-containing solution. Current-voltage characteristics of calcium, potassium and sodium currents flowed through voltage-gated calcium channels have been compared.
|
| first_indexed | 2025-11-30T12:06:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 577.352.4+591.482.4
© 2009
С.В. Король, О. П. Костюк
Неспецифiчнi струми через потенцiалкерованi кальцiєвi
канали нейронiв спiнальних ганглiїв щурiв
у безкальцiєвому розчинi
(Представлено академiком НАН України П. Г. Костюком)
У гостроiзольованих нейронах спiнальних ганглiїв щурiв методом “петч-клемп” у кон-
фiгурацiї “цiла клiтина” дослiджено поведiнку потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв в
умовах вiдсутностi у зовнiшньоклiтинному розчинi iонiв кальцiю. Встановлено, що в
безкальцiєвому розчинi, який вмiщує калiй, такi канали втрачають свою селективнiсть
i набувають здатностi пропускати вхiдний калiєвий струм. Порiвняно вольтампернi
характеристики кальцiєвого, калiєвого та натрiєвого струмiв, що протiкали через по-
тенцiалкерованi кальцiєвi канали.
Вивчення властивостей потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв становить значний науко-
вий iнтерес, оскiльки кальцiєвi канали вiдiграють важливу роль у процесах, що протiкають
у всьому органiзмi i, зокрема, у нервовiй системi. Кальцiєвi канали в нормальних фiзiо-
логiчних умовах, коли концентрацiя позаклiтинного кальцiю становить приблизно 2 мМ,
є високоселективними структурами по вiдношенню до iонiв кальцiю. Проте виявлено, що
при зниженнi зовнiшньоклiтинної концентрацiї двовалентних катiонiв до мiкромолярних
значень або при повному їх усуненнi кальцiєвi канали втрачають селективнiсть i стають
здатними пропускати деякi одновалентнi катiони [1]. Також вiдомi факти про те, що в ор-
ганiзмi можливе виникнення патологiчних станiв, при яких концентрацiя кальцiю в зовнi-
шньоклiтинному мiкрооточеннi кальцiєвих каналiв може падати нижче фiзiологiчних зна-
чень [2]. Цiлком iмовiрно, що за таких умов кальцiєвi канали можуть деякий час проводити
одновалентнi катiони, серед яких можуть бути iони калiю. Тому вивчення калiєвої прони-
кностi потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв, яка виникає при застосуваннi безкальцiєвого
розчину, є актуальним, оскiльки воно може дати бiльш детальне розумiння молекулярної
природи та механiзмiв функцiонування кальцiєвих каналiв, а також дозволити екстрапо-
лювати отриманi результати на функцiональний рiвень органiзму при виникненнi певних
патологiй у нервовiй системi.
Матерiали та методи. Дослiди проводили на ферментативно iзольованих нейронах
спiнальних ганглiїв щурiв тритижневого вiку лiнiї Вiстар. Струми через потенцiалкерованi
кальцiєвi канали реєстрували методом “петч-клемп” у конфiгурацiї “цiла клiтина” [3] з ви-
користанням пiдсилювача Dagan 3900A (США).
Для реєстрацiї калiєвого струму через кальцiєвi канали застосовували зовнiшньоклi-
тинний розчин з калiєм у концентрацiї 10 мМ, який не мiстив iонiв Са2+ та Na+. При
дослiдженнi натрiєвого струму, який проходив через потенцiалкерованi кальцiєвi канали,
використовували безкальцiєвий розчин без iонiв K+, який вмiщував iони Na+ в концентра-
цiї 10 мМ. Натрiєву проникнiсть кальцiєвих каналiв дослiджували при використаннi несе-
лективного блокатора кальцiєвих каналiв кобальту, застосовуючи рiзницевий метод. Суть
методу полягала в тому, що натрiєвий струм через кальцiєвi канали отримували шляхом
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №5 195
Рис. 1. Залежнiсть амплiтуди струму в безкальцiєвому розчинi вiд концентрацiї iонiв K+: 1 — преiмпульс,
який застосовували для iнiцiацiї струмiв; 2 — струм у контрольному розчинi з 2 мМ Са2+ та 10 мМ K+;
3 — струм у безкальцiєвому безкалiєвому розчинi; 4 — струм у безкальцiєвому розчинi, що мiстив 5 мМ
K+; 5 — струм у безкальцiєвому розчинi, що мiстив 10 мМ K+; Vhold — пiдтримуваний потенцiал; Vpre —
амплiтуда преiмпульсу. Нейрон спiнального ганглiя щура
вiднiмання струму, що протiкав через натрiєвi канали, за наявностi кобальту в зовнiшньо-
клiтинному безкальцiєвому розчинi, вiд загального струму, який протiкав через кальцiєвi
та натрiєвi канали в безкальцiєвому розчинi без кобальту. Використання опосередкованого
(рiзницевого) методу зумовлене наявнiстю стiйких до дiї тетродотоксину натрiєвих кана-
лiв у мембранi соми нейронiв спiнальних ганглiїв. Усi розчини, використанi при даному
дослiдженнi, мiстили 600 мкМ Mg2+.
Результати та їх обговорення. Вхiднi струми були виявленi пiсля замiни контроль-
ного розчину (який вмiщував 2 мМ кальцiю) на тестовий (безкальцiєве середовище з 10 мМ
калiю), безпосередньо пiсля закiнчення преiмпульсу амплiтудою –100 мВ тривалiстю 100 мс.
Пiдтримуваний потенцiал становив −60 мВ. При використаннi безкальцiєвого розчину ам-
плiтуда струмiв зростала при збiльшеннi концентрацiї iонiв калiю (рис. 1).
Натрiєву проникнiсть кальцiєвих каналiв дослiджували за допомогою вищезгаданого
рiзницевого методу. Струми реєстрували при послiдовних деполяризацiйних змiщеннях
мембранного потенцiалу змiнної амплiтуди тривалiстю 75 мс вiд пiдтримуваного потенцiалу
−100 мВ. Спочатку отримували натрiєвий струм, який протiкав через натрiєвi та кальцiєвi
канали одночасно (рис. 2, а), в безкальцiєвому розчинi, що мiстив iони Na+.
Пiсля додавання в зовнiшнiй розчин кобальту (4 мМ) реєстрували натрiєвий струм лише
через натрiєвi канали (рис. 2, б). Взявши рiзницю пар реєстрацiй, якi вiдповiдали одному
й тому ж змiщенню мембранного потенцiалу, ми отримували натрiєвий струм через потен-
цiалкерованi кальцiєвi канали в безкальцiєвому розчинi (рис. 2, в). Вольтамперну харак-
теристику кальцiєвих каналiв за таких експериментальних умов будували як залежнiсть
амплiтуди рiзницевого натрiєвого струму вiд амплiтуди вiдповiдного мембранного потенцi-
алу, до якого змiщували пiдтримуваний потенцiал (рис. 3).
Як i при застосуваннi iонiв калiю в якостi основних переносникiв заряду через потенцi-
алкерованi кальцiєвi канали в безкальцiєвому розчинi, вольтамперна характеристика каль-
цiєвих каналiв, отримана при використаннi iонiв натрiю, зазнавала змiщення в бiк гiперпо-
196 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №5
Рис. 2. Натрiєвий струм через потенцiалкерованi кальцiєвi канали в безкальцiєвому розчинi: а — струми
в безкальцiєвому розчинi з 10 мМ Na+; б — струми в безкальцiєвому розчинi з 10 мМ Na+ та 4 мМ Со2+;
в — рiзниця мiж вiдповiдними парами струмiв з а та б. Вгорi вказано мембраннi потенцiали, при яких
отримували данi струми. Пiдтримуваний потенцiал −100 мВ. Нейрон спiнального ганглiя щура
Рис. 3. Вольтампернi характеристики потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв нейронiв спiнальних ганглiїв
щурiв, отриманi при застосуваннi позаклiтинних розчинiв рiзного iонного складу: 1 — контрольний розчин
з 2 мМ кальцiю; 2 — безкальцiєвий розчин з 10 мМ Na+ (рiзницева ВАХ); 3 — безкальцiєвий розчин з 10 мМ
K+ (n = 8). Пiдтримуваний потенцiал −100 мВ
ляризацiї приблизно на 15 мВ (рис. 3). Таке явище виникає внаслiдок змiни поверхневого
заряду мембрани клiтини, оскiльки вилучення iонiв Са2+ з зовнiшнього середовища зна-
чною мiрою знiмає екранування негативних зарядiв, якi мiстить зовнiшнiй бiк клiтинної
мембрани. В результатi зменшується трансмембранна рiзниця потенцiалiв, через що по-
легшується активацiя потенцiалкерованих iонних каналiв. Така ситуацiя вiдображається
у змiщеннi вольтамперної характеристики каналiв у бiк гiперполяризацiї.
Порiвнюючи результати дослiджень при застосуваннi розчинiв з трьома типами прони-
каючих катiонiв (Ca2+, K+ та Na+), ми виявили, що амплiтуда кальцiєвого струму є най-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №5 197
бiльшою серед амплiтуд струмiв, якi переносились кожним типом катiонiв через потенцi-
алкерованi кальцiєвi канали, незважаючи на меншу концентрацiю iонiв кальцiю (2 мМ).
Водночас амплiтуда калiєвого струму є найменшою серед амплiтуд струмiв, якi дослiджу-
вались у данiй роботi (рис. 3). Iмовiрно, такi результати пов’язанi зi специфiкою самого
кальцiєвого каналу, призначеного для пропускання саме iонiв Са2+, i з розподiлом криста-
лiчних радiусiв обраних катiонiв. Оскiльки iон калiю за розмiрами бiльший за iони натрiю
та кальцiю, то слiд очiкувати, що амплiтуда калiєвого струму буде меншою за амплiтуди
натрiєвого та кальцiєвого струмiв.
Незважаючи на наявнi знання про структуру та функцiї потенцiалкерованих кальцiєвих
каналiв, деякi питання, одним з яких є проблема селективностi, залишаються нез’ясовани-
ми. Зокрема, в наш час залишається актуальною проблема змiни властивостей кальцiєвих
каналiв у зовнiшньоклiтинних розчинах рiзного iонного складу.
Iснує ряд захворювань, причиною виникнення яких є порушення функцiонування каль-
цiєвих каналiв. Одним з таких захворювань є епiлепсiя. При дослiдженнi даної хвороби було
виявлено, що в певних структурах кори головного мозку перед епiлептичним нападом вiдбу-
вається рiзке падiння зовнiшньоклiтинної концентрацiї кальцiю ([Ca2+]i) до значень поряд-
ку 0,45–0,55 мМ [2, 4], а пiд час самих нападiв концентрацiя кальцiю становить 1,2 мМ [5].
При iншому нервовому розладi — депресiї, що поширюється, концентрацiя зовнiшньоклiтин-
ного кальцiю знижується до 0,08 мМ [6]. Очевидно, кальцiєвi струми повиннi змiнюватись
при зниженнi позаклiтинної концентрацiї кальцiю. Оскiльки амплiтуда кальцiєвих струмiв
залежить вiд концентрацiї кальцiю в зовнiшньому середовищi, при зниженнi [Ca2+]i, що
спостерiгається при епiлептичних нападах, кальцiєвий струм повинен був би зменшитись.
Проте, виявилось, що зменшення [Ca2+]i може здiйснювати збуджуючий ефект, iмовiрно,
внаслiдок змiни селективностi кальцiєвих каналiв. Остання обставина може призводити до
деполяризацiї мембрани i, як наслiдок, опосередковувати збудження нейронiв, що до цього
знаходились у спокою.
Зважаючи на сказане, слiд враховувати, що ситуацiї, в яких концентрацiя двовалент-
них катiонiв у зовнiшньоклiтинному середовищi ставала б нижче нормального значення,
можуть бути цiлком реальними. Такi змiни, як правило, носять патологiчний характер. От-
же, можливiсть проникностi кальцiєвих каналiв для одновалентних катiонiв in vivo зовсiм
не виключена.
Останнiми десятилiттями все частiше з’являються роботи, присвяченi дослiдженню
структурних та функцiональних особливостей селективного фiльтру, воротного механiзму
та сенсору напруги потенцiалзалежних кальцiєвих каналiв [7–9]. Так, при використаннi ме-
тоду замiщень амiнокислот, що зверненi всередину пори каналу, виявляється, що кальцiєвi
канали перестають пропускати двовалентнi катiони, проте одновалентнi легко проникають
через них. Можливо, манiпуляцiї з молекулярною структурою певних компонент каналу
в кiнцевому результатi можуть призвести до тих же наслiдкiв у функцiонуваннi каналу,
якi ми мали змогу спостерiгати у наших експериментах з використанням безкальцiєвого
розчину. Таким чином, проведене дослiдження розкрило ще один аспект у селективних
властивостях потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв.
1. Kostyuk P.G. and Krishtal O.A. Effects of calcium and calcium-chelating agents on the inward and outward
current in the membrane of mollusc neurones // J. Physiol. – 1977. – 270. – P. 569–580.
2. Hablitz J. J., Heinemann U., Lux H.D. Step reduction in extracellular Ca2+ activate a transient inward
current in chick dorsal root ganglion cells // Biophys J. – 1986. – 50. – P. 753–757.
198 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №5
3. Hamill O.P., Marty A., Neher E. et al. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current
recording from cells and cell-free membrane patches // Pflügers Arch. – 1981. – 391. – P. 85–100.
4. Pumain R., Kurcewicz I., Louvel J. Fast extracellular calcium transients: involvement in epileptic processes
// Science. – 1983. – 222. – P. 177–179.
5. Pumain R., Menini C., Cheinemann U. et al. Chemical synaptic transmission is not necessary for epileptic
seizures to persist in the baboon Papio papio // Exp. Neurol. – 1985. – 89. – P. 250–258.
6. Hansen A. J., Zeuthen T. Extracellular ion concentrations during spreading depression and ischemia in the
rat brain cortex // Acta Physiol. Scand. – 1981. – 113. – P. 437–445.
7. Tang S., Mikala G., Bahinski A. et al. Molecular localization of ion selectivity sites within the pore of a
human L-type cardiac calcium channel // J. Biol. Chem. – 1993. – 268. – P. 13026–13029.
8. Cibulsky S.M. and Sather W.A. The EEEE locus is the sole high-affinity Ca2+ binding structure in the
pore of a voltage-gated Ca2+ channel: block by Ca2+ entering from the intracellular pore entrance //
J. Gen. Physiol. – 2000. – 116. – P. 349–362.
9. Wu X.-S., Edwards H.D., Sather W.A. Side chain orientation in the selectivity filter of a voltage-gated
Ca2+ channel // J. Biol. Chem. – 2000. – 275. – P. 31778–31785.
Надiйшло до редакцiї 07.04.2009Iнститут фiзiологiї iм. О.О. Богомольця
НАН України, Київ
S.V. Korol, E. P. Kostyuk
Nonspecific currents through voltage-gated calcium channels of rat
dorsal root ganglion neurons in calcium-free solution
Behavior of voltage-gated calcium channels of acute isolated rat dorsal root ganglion neurons in
the absence of calcium ions in external solution has been investigated with the whole cell patch-
clamp method. It was determined that such channels lose their selectivity and acquire the ability
to pass inward potassium current in a calcium-free potassium-containing solution. Current-voltage
characteristics of calcium, potassium and sodium currents flowed through voltage-gated calcium
channels have been compared.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №5 199
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-8533 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T12:06:06Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Король, С.В. Костюк, О.П. 2010-06-08T09:50:13Z 2010-06-08T09:50:13Z 2009 Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині / С.В. Король, О.П. Костюк // Доп. НАН України. — 2009. — № 5. — С. 195-199. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8533 577.352.4+591.482.4 У гостроiзольованих нейронах спiнальних ганглiїв щурiв методом “петч-клемп” у конфiгурацiї “цiла клiтина” дослiджено поведiнку потенцiалкерованих кальцiєвих каналiв в умовах вiдсутностi у зовнiшньоклiтинному розчинi iонiв кальцiю. Встановлено, що в безкальцiєвому розчинi, який вмiщує калiй, такi канали втрачають свою селективнiсть i набувають здатностi пропускати вхiдний калiєвий струм. Порiвняно вольтампернi характеристики кальцiєвого, калiєвого та натрiєвого струмiв, що протiкали через потенцiалкерованi кальцiєвi канали. Behavior of voltage-gated calcium channels of acute isolated rat dorsal root ganglion neurons in the absence of calcium ions in external solution has been investigated with the whole cell patch-clamp method. It was determined that such channels lose their selectivity and acquire the ability to pass inward potassium current in a calcium-free potassium-containing solution. Current-voltage characteristics of calcium, potassium and sodium currents flowed through voltage-gated calcium channels have been compared. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Біологія Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині Nonspecific currents through voltage-gated calcium channels of rat dorsal root ganglion neurons in calcium-free solution Article published earlier |
| spellingShingle | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині Король, С.В. Костюк, О.П. Біологія |
| title | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| title_alt | Nonspecific currents through voltage-gated calcium channels of rat dorsal root ganglion neurons in calcium-free solution |
| title_full | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| title_fullStr | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| title_full_unstemmed | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| title_short | Неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| title_sort | неспецифічні струми через потенціалкеровані кальцієві канали нейронів спінальних гангліїв щурів у безкальцієвому розчині |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/8533 |
| work_keys_str_mv | AT korolʹsv nespecifíčnístrumičerezpotencíalkerovaníkalʹcíêvíkanalineironívspínalʹnihganglíívŝurívubezkalʹcíêvomurozčiní AT kostûkop nespecifíčnístrumičerezpotencíalkerovaníkalʹcíêvíkanalineironívspínalʹnihganglíívŝurívubezkalʹcíêvomurozčiní AT korolʹsv nonspecificcurrentsthroughvoltagegatedcalciumchannelsofratdorsalrootganglionneuronsincalciumfreesolution AT kostûkop nonspecificcurrentsthroughvoltagegatedcalciumchannelsofratdorsalrootganglionneuronsincalciumfreesolution |