Rekapitulation eines Ionenkanals IV Curve mit Frequenzkomponenten

Es gibt technische Hindernisse, die derzeit verhindern, Forscher aus der Messung mehrerer Ionenkanal-Typen gleichzeitig mit der Absicht, später zu bestimmen, wie viel Strom sollte für jeden Kanal-Typ zugeordnet werden. Aufgrund dieser Einschränkung sind Ionenkanäle in der Regel individuell mit Hilfe von Techniken wie Spannung, Strom, und Aktionspotential Klammer untersucht. ¹ Um individuelle Kanaltypen, heterologe Expressionssysteme werden oft verwendet, zu studieren. ² Bei der Arbeit mit Zellen aus dem Gewebe isoliert, wie Kardiomyozyten , müssen andere Mittel verwendet, um verschiedene Ionenkanäle blockieren. Zum Beispiel Natrium-Kanäle durch eine langsame depolarisierende Spannungsrampe inaktiviert werden kann, können ³ nach innen Behebung Kalium-Kanäle mit extrazellulären BaCl2 blockiert werden, ⁴ und Calcium-Kanäle blockiert mit Verapamil werden. ⁵

Eine Methode verwendet, die teilweise überwindet diese Einschränkung ist es, aktuelle Fluss durch zwei Kanäle Typen gleichzeitig messen Sie dann die Messung zu wiederholen, nachdem eine selektive Blockade eines Kanals Typ mit einem geeigneten Agenten. Subtraktion der beiden Messungen kann dann verwendet werden, um die Menge des Stroms auf die Kanal-Typ, der blockiert wurde, zu schätzen. ⁶ Es gibt jedoch zwei wesentliche Einschränkungen dieser Technik. Zunächst chemischen Mitteln nicht identifiziert worden, die selektiv blockieren Ionenkanal, und einige weit verbreitete Drogen haben unspezifische Wechselwirkungen mit anderen Kanal-Typen. ^5,7 Zweitens kann es nicht von dieser Technik festgestellt werden, ob ein Kanal moduliert durch eine andere Kanal. Zum Beispiel hat heterogene Expression von NAV 1.5 und 2.1 in Kir Meerschweinchen Ventrikel gezeigt worden, und es wurde vorgeschlagen, dass eine synergistische Beziehung zwischen den beiden Kanälen besteht, so dass höhere Kir 2,1 Ausdruck in der rechten Herzkammer Leitgeschwindigkeit drückt. ⁸ Derzeit Dies kann nicht verifiziert werden.

In dieser Studie empfehlen wir, dass Impedanzspektroskopie kann ein nützliches Werkzeug für die Untersuchung mehrerer Ionenkanal-Typen gleichzeitig gemessen werden. Obwohl das vorgestellte Verfahren noch nie benutzt worden, um Ströme von Zwei-Kanal-Typen gleichzeitig gemessen zu erkennen, hat Impedanzspektroskopie verwendet worden, um eine Reihe von anderen Aspekten der Ionenkanal-Funktion zu untersuchen. Goodman und Kunst zeigte mit Schildkröte auditive Haarzellen, die Stromzange Protokolle geändert werden, um eine Zelle auf verschiedene Frequenzen einstellen werden können, und die Schwingungen in der Transmembran-Potential ist durch ein Wechselspiel zwischen einer inneren Gleichrichtung K ^+-Kanal und einen Ca ^{2 +-Kanal. 9} Han und Frazier gezeigt, dass Impedanz kann in einer einzelnen Zelle über einen weiten Bereich von Frequenzen (100 Hz bis 5 MHz) gemessen werden, und der Anstieg der Impedanz beobachtet werden, wenn K ⁺ oder Ca ^{2 +-Kanäle} blockiert waren ein einfaches Mittel sein könnte, um erkennen Kanalblock in hohem Durchsatz Drogen-Bildschirme. ¹⁰ Hayashi und Fishman haben komplexe Leitwert zur kinetischen Eigenschaften einer inneren Gleichrichtung K ⁺ Kanal. ¹¹ Andere Gruppen haben eine einzige Frequenz in den Voltage-Clamp-Protokoll verschiedener Kanäle eingesetzt und zeigte, dass die beobachtet Frequenzgang stimmte mit der erwarteten Antwort für einige Frequenzen, andere aber nicht. ^12,13 Millonas und Hanck schlug der Grund, warum einige Frequenzen nicht vorgelegt habe die erwartete Antwort ist die Anwesenheit von mehreren Geschwindigkeitskonstanten in der Markov-Modell. ¹² Studien wie diese, sowie andere, haben gezeigt, dass es Fälle, in denen Ionenströme von Ionenkanälen gemessen, während mit Impedanzspektroskopie nicht mit den theoretischen Frequenzgang zustimmen. Dies ist kein Problem in dieser Studie, weil der Zweck des Verfahrens in dieser Studie ist die Frequenzen, die mit der aktuellen Amplitude unabhängig von der zugrunde liegenden Annahmen der Membran Stromkreis korrelieren zu identifizieren. Furtheremore, ist die Stromamplitude von Teilen der Aufnahmen, die haben noch keine Lärm-Funktionen in sie eingefügt berechnet. Eine Reihe von anderen Studien ebenfalls anwesend Modelle zahlreicher Ionenkanäle ausstellenden zahlreichen leitenden und nicht-Leitungszuständen alle mit ihren eigenen Geschwindigkeitskonstanten. ^14,15,16 Thompson et al zeigten, dass die Selektivität des Filters KcsA Kanal verschiedene Bindungsstellen für Na hat ^+, Li + und K ^+, und die energetischen Kosten des Übergangs von einer Bindungsstelle zu einem anderen als Ion bewegt sich durch die Selektivitätsfilter macht der Kanal bevorzugt Verhalten K ^+-Ionen durch ihre Poren. ¹⁷ In diesem Papier haben wir eingefügt eine Reihe von Frequenzen (Lärm-Funktion) in eine Spannung Schritt-Protokoll und sah für Frequenzen, deren Amplitude sehr zufrieden mit dem gesamten Stromamplitude korrelieren. Da starke Beweise vorgelegt hat darauf hindeutet, mehrere Geschwindigkeitskonstanten spielen eine Rolle bei Ionenleitung durch different-Kanäle, die Einführung der Frequenzen mit diesen Geschwindigkeitskonstanten verbundene kann bestimmte Frequenzen zu schwingen oder stark mit der Stromamplitude, die nicht über die sonst zu korrelieren. Die Technik in dieser Studie gezeigt, basiert auf einem Modell-Zelle, die eine parallele RC-Schaltung, die normalerweise verwendet wird, um die Voltage-Clamp-Schaltung und den Erwerb Ausrüstung durchgeführt wird. Es wird nicht erwartet, dass alle Frequenzen außer DC würde mit der aktuellen Größenordnung korrelieren, und das ist in unserer Datenbank angezeigt. Wir zeigen auch, dass neben der Lärm-Funktion nicht die Ursache für alle Frequenzen zu stark mit der Stromamplitude zu korrelieren. Diese beiden Ergebnisse sind kritisch, weil sie zeigen, dass die Messgeräte und Lärm-Funktion nicht selbst verursacht keine Frequenzen mit der Stromamplitude zu korrelieren. Wenn zukünftige Studien-Messungen mit Membranen, die Ionenkanäle zu machen, ist zu erwarten, dass, abhängig von der verwendeten Kanal, Frequenzen, die Geschwindigkeitskonstanten im Selektivitätsfilter oder eventuell die Poren entsprechen, werden der Frequenzgang des Kanals beeinflussen und Auswirkungen auf die Frequenzen hoch gewesen oder geringe Korrelation mit der Stromamplitude.

Da diese Methode ist eine neue Technik zur Untersuchung von Ionenkanälen, gibt es eine Reihe von Richtungen zukünftigen Studien könnten folgen. Erstens sollte die Technik verwendet, um den Frequenzgang der spezifischen isolierte Kanäle zu charakterisieren. Zusätzliche Arbeit muss auch getan werden, um die Frequenz Amplituden der Stromamplituden zu kalibrieren. Sobald mehrere Kanäle einzeln gekennzeichnet sind, sollten mehrere Kanal-Typen gleichzeitig gemessen werden. Die Technik könnte auch für den Einsatz in Aktionspotential Klemme, Stromzange und Feld Stimulation Studien angepasst werden. Zwar ist dies eine neue Technik, zeigt es, was kann eine leistungsfähige Methode zur elektrophysiologischen Messungen, die bisher nicht möglich zu gestalten und liefern wertvolle neue Erkenntnisse über die physiologische Rolle von Ionenkanälen werden.