Recapitulatie van een Ion Channel IV curve met behulp van frequentie-componenten

Er zijn technische obstakels die op dit moment onderzoekers beletten het meten van verschillende ion channel types tegelijk met de bedoeling later bepalen hoeveel stroom moet worden toegeschreven aan elk kanaal type. Vanwege deze beperking, zijn ionkanalen meestal afzonderlijk bestudeerd met behulp van technieken zoals spanning, stroom, en actie potentiële klem. ¹ Om individueel kanaal types, heterologe expressie systemen worden vaak gebruikt studie. ² Bij het ​​werken met cellen geïsoleerd uit weefsel, zoals cardiomyocyten , moeten andere middelen worden gebruikt om verschillende ionkanalen blokkeren. Bijvoorbeeld, natrium-kanalen kunnen worden geïnactiveerd door een langzame depolariseren spanning ramp, kan binnen ³ tot rectificatie van kalium kanalen worden geblokkeerd met extracellulaire BaCl2, ⁴ en calcium kanalen kunnen worden geblokkeerd met behulp van verapamil ^5.

Gebruikt een methode die gedeeltelijk overwint deze beperking is om de huidige flux te meten door middel van twee kanalen tegelijk typen, dan is de meting te herhalen na selectief blokkeren van een type kanaal met een geschikt middel. Aftrekken van de twee metingen kan dan worden gebruikt om de hoeveelheid stroom die toe te schrijven aan het kanaal type dat werd geblokkeerd schatten. ⁶ Er zijn echter twee belangrijke beperkingen aan deze techniek. De eerste, chemische stoffen nog niet zijn geïdentificeerd die selectief kan elk ion kanaal te blokkeren, en een aantal veel gebruikte geneesmiddelen zijn niet-specifieke interacties met andere kanaal types. ^5,7 Ten tweede, kan niet worden bepaald op basis van deze techniek, of het ene kanaal wordt gemoduleerd door een andere kanaal. Zo heeft heterogene expressie van NAV 1.5 en Kir 2.1 is aangetoond in cavia ventrikels, en er is gesuggereerd dat er een synergetische relatie bestaat tussen de twee kanalen, zodat een hogere Kir 2,1 tot uitdrukking in de rechter ventrikel geleidingssnelheid onderdrukt. ⁸ Momenteel , dit kan niet worden geverifieerd.

In deze studie hebben we suggereren dat impedantie spectroscopie kan een nuttig instrument voor het bestuderen van verschillende ion channel types gelijktijdig gemeten worden. Hoewel de gepresenteerde methode is nog nooit gebruikt om de stromen van twee kanalen gelijktijdig gemeten types te onderscheiden, is impedantie spectroscopie is gebruikt om een ​​aantal andere aspecten van het ionkanaal functie te bestuderen. Goodman en Kunst toonde met behulp van schildpad auditieve haarcellen dat de huidige klem protocollen kunnen worden aangepast om een cel af te stemmen op verschillende frequenties, en de trillingen in de transmembraan potentieel is te wijten aan een samenspel tussen een innerlijke herstellen van K ⁺ kanaal en een Ca ^{2 +} kanaal. ⁹ Han en Frazier aangetoond dat de impedantie gemeten kan worden in een enkele cel over een breed bereik van frequenties (100 Hz tot 5 MHz), en de toename van de impedantie waargenomen wanneer K ⁺ en Ca ^{2 +-kanalen} werden geblokkeerd kan een eenvoudig middel zijn om detecteren kanaal blok in high throughput drug-schermen. ¹⁰ Hayashi en Fishman hebben gebruikt complexe geleiding om kinetische eigenschappen van een innerlijke herstellen van K ^{+-kanaal. 11} Andere groepen hebt een enkele frequentie in de spanning klem protocol van verschillende kanalen soorten en studie toonde aan dat de waargenomen frequentie response is overeengekomen met de verwachte respons voor een aantal frequenties, maar andere niet. ^12,13 Millonas en Hanck stelde de reden waarom sommige frequenties niet de verwachte respons is de aanwezigheid van een meervoudige rentevoet constanten in het Markov-model. ¹² Studies als deze, en anderen, hebben aangetoond dat er gevallen waarin ionische stromen gemeten van ionenkanalen tijdens het gebruik van impedantie spectroscopie het niet eens met de theoretische frequentierespons. Dit is geen probleem in dit onderzoek omdat het doel van de methode in deze studie is het identificeren van frequenties die correleren met de huidige amplitude onafhankelijk van de onderliggende veronderstellingen van het membraan elektrisch circuit. Furtheremore, is de huidige amplitude berekend op basis van delen van de opnames die geen enkele ruisfuncties ingevoegd in hen. Een aantal andere studies ook aanwezig modellen van verschillende ionenkanalen vertonen tal van geleidende en niet-geleiding staten met ieder hun eigen snelheidsconstanten. ^14,15,16 Thompson et al. toonden aan dat de selectiviteit van het filter KcsA kanaal verschillende bindingsplaatsen voor Na is ^+, Li + en K ^+, en de energetische kosten van het verplaatsen van de ene binding site naar de andere als een ion beweegt door de selectiviteit filter is wat maakt het kanaal bij voorkeur K ^+-ionen te voeren via de porie. ¹⁷ In dit artikel wordt ingevoegd een reeks van frequenties (lawaai-functie) in een spanning stap protocol en zocht voor frequenties waarvan de amplitude sterk correleren met de totale huidige amplitude. Sinds een sterk bewijs is gepresenteerd suggereren een meervoudige rentevoet constanten spelen een rol in geleiding van ionen door differenT-kanalen, de introductie van de frequenties in verband met deze snelheidsconstanten kunnen bepaalde frequenties te resoneren of sterk correleren met de huidige amplitude, die anders niet zouden hebben. De techniek aangetoond in deze studie is uitgevoerd op een model cel, die is een parallel RC circuit dat meestal wordt gebruikt om de spanning klem circuits en acquisitie apparatuur te testen. Het is niet te verwachten dat alle frequenties behalve DC zou correleren met de huidige omvang, en dit is te zien in onze gegevens. We tonen ook aan dat de toevoeging van het geluid functie gaf geen frequenties tot zeer correleren met de huidige amplitude. Deze twee bevindingen zijn kritisch omdat ze laten zien dat de meetapparatuur en het lawaai functie niet zelf veroorzaken geen frequenties te correleren met de huidige amplitude. Bij het toekomstige studies metingen met behulp van membranen die ionenkanalen te maken, is de verwachting dat, afhankelijk van de gebruikte kanaal, frequenties die overeenkomen met snelheidsconstanten in de selectiviteit filter of eventueel de porie zal de frequentie response van het kanaal invloed en invloed hebben op welke frequenties hoog zijn of een lage correlatie met de huidige amplitude.

Omdat deze methode is een nieuwe techniek voor het bestuderen van ion-kanalen, zijn er een aantal richtingen toekomstige studies zouden kunnen volgen. Eerst moet de techniek worden gebruikt om de frequentie response van specifieke geïsoleerde kanalen te karakteriseren. Extra werk moet ook worden gedaan om de frequentie amplitudes te kalibreren aan de huidige amplitudes. Zodra meerdere kanalen worden individueel gekarakteriseerd, moeten meerdere kanalen types tegelijk worden gemeten. De techniek kan ook worden aangepast voor gebruik in actiepotentiaal klem, stroomtang, en in het veld stimulatie studies. Hoewel dit is een nieuwe techniek, het laat zien wat kan een krachtige manier om elektrofysiologische metingen die voorheen niet mogelijk te maken en waardevolle nieuwe inzichten in de fysiologische rol van ionenkanalen.