Canali ionici voltaggio dipendenti

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Camillo Bosco
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1 Canali ionici voltaggio dipendenti 1 1

un messaggero extracellulare Chemio-dipendenti: rispondono a un secondo messaggero

2 Canali ionici Classificazione in base alle modalità di apertura extracell. intracell. Sempre aperti Voltaggio-dipendenti: rispondono a variazioni di V m Chemio-dipendenti: rispondono a un messaggero extracellulare Chemio-dipendenti: rispondono a un secondo messaggero (intracellulare) nach, AMPA, NMDA KA, 5HT3 camp, cgmp, Ca2+, IP3, proteine G RESTING VOLTAGE GATED RECEPTOR GATED SIGNAL GATED 2

Canali ionici di membrana A) 4 subunità (in genere di 6 STM): canali per i cationi (Na +, K +, e Ca 2+ ), molto spesso voltaggio-dipendenti B) 5 subunità (in genere di 4

3 Canali ionici di membrana A) 4 subunità (in genere di 6 STM): canali per i cationi (Na +, K +, e Ca 2+ ), molto spesso voltaggio-dipendenti B) 5 subunità (in genere di 4 STM): recettori-canale (canali cationici chemiodipendenti o recettori ionotropici C) 6 subunità (connessine, anch esse in genere di 4 STM): connessoni delle giunzioni gap 3

4 Canali cationici voltaggio dipendenti OUT + P S1 S2 S3 S4 S5 S6 K + channel X 4 + IN N C Na + channel OUT IN + S1 S2 S3 S4 S5 + N P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 C Ca 2+ channel OUT IN + S1 S2 S3 S4 S5 + N P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 + S1 S2 S3 S4 S5 + P S6 C 4

5 Canali cationici voltaggio dipendenti Famiglia di canali a 6 domini transmembrana (TM) H5 Struttura interna del canale

Quale specie ionica attraversa il canale? SELETTIVITA K + in H 2 O K + nel poro Na + in H 2 O Na + nel poro Ione r anidro A K + 1.33 1.88 Na + 0.98 2.

6 Quale specie ionica attraversa il canale? SELETTIVITA K + in H 2 O K + nel poro Na + in H 2 O Na + nel poro Ione r anidro A K Na r idrato A Gli ioni K +, idrati in soluzione, perdono le molecole di H 2 O quando passano attraverso il filtro di selettività e formano dei legami di coordinazione con quattro O di gruppi carbonilici C=O. Gli ioni Na +, essendo più piccoli, non possono coordinarsi perfettamente con questi O e quindi attraversano il canale solo raramente. 6

7 Conduttanza di singolo canale (ps) Evidenze per la presenza di siti di legame: anche nel caso dei canali ionici i flussi sono saturanti Concentr. di Na + o K + (mm) 7

8 Come fa il voltaggio ad aprire i canali? GATING 8

9 Canali al sodio 9

10 Struttura del canale Struttura della subunita α del canale al Na + 10

11 Struttura tridimensionale tre stadi diversi: a riposo attivato (Na + passa) inattivato (aperto, ma Na + non passa a causa del blocco da IFM) 11

12 Neuron, Vol. 28, , 2000 Canali al Na + voltaggio dipendenti 12

13 Influenze farmacologiche 1. farmaci/tossine che ne prevengono la chiusura, prolungando la depolarizzazione: veratridina, batracotossina, insetticidi (DDT e piretrine) 2. tossine che dall esterno impediscono l ingresso del sodio e la depolarizzazione: Saxitossina, goniautossina, tetrodotossina 3. farmaci che dall interno ne impediscono l apertura anestetici locali, antiaritmici di classe I, alcuni anticonvulsivanti) 13

14 Receptor sites on sodium channels Pharmacol Rev 57: ,

15 Alcuni esempi di farmaci attivi sui canali al Na + Lidocaina Lamotrigina Riluzole Fenitoina DDT 1,1,1-trichloro-2,2 bis(p-chlorophenyl)etano 15

16 16

17 Antiaritmici classe I chinidina flecainide effective refractory period (ERP) 17

18 Drugs on the market or in development 18 DDT Vol. 5, No. 11 November 2000

19 e le tossine? 1. TTX-s Na + 2. TTX-r Na+ Saxitossina Tetrodotossina 19

20 Mutazioni genetiche dei canali al Na + e patologie (canalopatie) 20 DDT Vol. 5, No. 11 November 2000

21 Canali al calcio 21

22 Struttura del canale [alta soglia] [bassa soglia] 22

23 Struttura tridimensionale ISOFORME DI α1 A = canali P/Q B = canali N C,D = canali L E = canali R F,G,H, I = canali T 23

24 Funzionamento del canale 24

25 Canali al Ca 2+ voltaggio dipendenti 25

26 Farmaci calcio antagonisti: una classe eterogenea Ampio spettro terapeutico: 1. antiipertensivi 2. antiaritmici 3. antianginosi 4. neuroprotettivi Influenze farmacologiche Interesse farmacologico 1. Tossine da veleni animali 2. Ioni permeanti (Ni 2+ ecc) 26

27 DHP Nifedipina Nicardipina Nimodipina Benzotiazepine Fenilalchil amine Antiaritmici classe IV 27

28 The different binding sites of CCBs result in differing pharmacological effects Use-dependent binding (targets cardiac cells) +20 out mv Cell 1 2 membrane -80 in 1 Diltiazem Voltage-dependent binding (targets smooth muscle) Verapamil mv out Cell membrane in 28 Nifedipine

29 Peripheral and coronary vasodilation Depression of cardiac contractility Depression of SA node Nifedipine Diltiazem Depression of AV node Verapamil

30 e le tossine?! Omega conotoxin Conus Ziconotide for treatment of severe chronic pain The Lancet, Volume 375, Issue 9725, Pages , 1 May

31 Modulazione dei canali del Ca 2+ di tipo N Presupposto: I canali di tipo N (e P/Q) si trovano a livello presinaptico. L attivazione di questi canali causa un ingresso di calcio che porta al rilascio del neurotrasmettitore. Le G-proteine sono in grado di inibire questi canali mediante il legame di G βγ al canale. AID: interaction domain BID: interaction domain 31

32 I movimenti del calcio e la cellula 32

33 Canali al potassio 33

34 Canali al K + (i più diversificati) Fissano il valore del potenziale di membrana 34

Attivati dal Ca 2+ 3. Attivati da Na + 4.

35 Canali al K + (struttura molecolare) 1. Dipendenti dal potenziale (shaker) 2. Attivati dal Ca Attivati da Na + 4. Accoppiati ai recettori 5. Connessi al metabolismo KIR 35

36 CLASSI STRUTTURALI DEI CANALI K + 4 x 6TM: comprende i K V e K Ca 4 x 7TM: comprende Slo, grande conduttanza 4 x 2TM: comprende inward rectifiers, K ATP e canali accoppiati alle proteine G Dimero di 2 6TM + 2TM : canali con 2 pori Dimero di 2TM: canale che contiene 2 pori 36

37 Struttura del canale a 6TM 37

38 Alcuni esempi di farmaci attivi sui canali al K + Amiodarone Ibutilide Prolungamento del PA, prolungamento del periodo refrattario

39 4-Aminopyridine (Dalfampridine) Pinacidil FDA Approves Ampyra to Improve Walking in Adults with Multiple Sclerosis: The U.S. Food and Drug Administration today approved Ampyra (dalfampridine) extended release tablets to improve walking in patients with multiple sclerosis (MS). In clinical trials, patients treated with Ampyra had faster walking speeds than those treated with an inactive pill (placebo). This is the first drug approved for this use. For Immediate Release: Jan. 22,

40 CLASSIFICAZIONE DEI CANALI AL K + SECONDO HUGO (Human Genome Organization) ma non tiene conto della tipologia strutturale 40

41 oltre alle variazioni della struttura determinate dalle mutazioni naturali, una variabilità aggiuntiva è costituita dalla formazione di tetrameri eteromerici dei canali al potassio di tipo Shaker homotetramero heterotetramero 41

42 Canali al cloro 42

43 Canali al Cl - voltaggio dipendenti (e non solo) 43

44 Struttura dei canali al Cl - 44 Nature Reviews Drug Discovery 8, (February 2009)

45 I canali al Cl - in alcune cellule Nature Reviews Drug Discovery 8, (February 2009) 45

46 Canali al Cl - 46

47 Quando i canali non funzionano 47

48 Canali senza porta (non gated) o canali di leakage : definiscono il potenziale della membrana a riposo cancellano i gradienti ionici creati ai due lati delle membrane dai trasporti attivi!! 48

Non se ne sa molto, perché sono stati studiati molto meno dei VOC e dei ROC Sodium

49 Esistono canali di leakage ( leakage channels o resting channels ) per i tre ioni più diffusi nei liquidi organici: Na +, K +, Cl -. Non se ne sa molto, perché sono stati studiati molto meno dei VOC e dei ROC Sodium channels non-neuronal-1 (SCNN1) Amiloride-sensitive Sodium channel (ASSC). Canali del K + di tipo leak 2P Canali cationici 49

50 Come si studiano i canali ionici?

51 Ovvero ovvero tecniche di laboratorio di elettrofisiologia

53 Amplificatore C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8 C 9 Chiuso Aperto A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 A 9 A 10

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