Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є

Інозитол-1,4,5-трифосфатні рецептори (ІР₃R) відіграють ключову роль у забезпеченні внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації. До останнього часу питання, чи є характерним для каналу поодинокого ІР₃R лише один рівень провідності чи такий канал може мати декілька рівнів провідності, залишалося відкр...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2016
Автор: Федоренко, О.А.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2016
Назва видання:Нейрофизиология
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148340
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є / О.А. Федоренко // Нейрофизиология. — 2016. — Т. 48, № 2. — С. 103-106. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-148340
record_format dspace
spelling irk-123456789-1483402019-02-19T01:26:15Z Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є Федоренко, О.А. Інозитол-1,4,5-трифосфатні рецептори (ІР₃R) відіграють ключову роль у забезпеченні внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації. До останнього часу питання, чи є характерним для каналу поодинокого ІР₃R лише один рівень провідності чи такий канал може мати декілька рівнів провідності, залишалося відкритим. В експериментах на ізольованих ядрах нейронів Пуркін’є мозочка щурів ми досліджували, як змінюється провідність каналів цих рецепторів внутрішньої мембрани ядерної оболонки при різних значеннях потенціалу. В усіх випадках такі канали демонстрували лише один рівень унітарної провідності; жодних підрівнів у діапазоні потенціалів від 100 мВ до +100 мВ не спостерігалося. Пригнічення активності ІР₃R при негативних потенціалах було зумовлене зменшенням вірогідності відкритого стану каналу. Отже, припущення про багаторівневість провідності поодиноких каналів ІР₃R у вивченому об’єкті не підтверджується; вивільнення Са²⁺ через канали цих рецепторів має квантовий характер. 2016 Article Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є / О.А. Федоренко // Нейрофизиология. — 2016. — Т. 48, № 2. — С. 103-106. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148340 577.352 uk Нейрофизиология Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Інозитол-1,4,5-трифосфатні рецептори (ІР₃R) відіграють ключову роль у забезпеченні внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації. До останнього часу питання, чи є характерним для каналу поодинокого ІР₃R лише один рівень провідності чи такий канал може мати декілька рівнів провідності, залишалося відкритим. В експериментах на ізольованих ядрах нейронів Пуркін’є мозочка щурів ми досліджували, як змінюється провідність каналів цих рецепторів внутрішньої мембрани ядерної оболонки при різних значеннях потенціалу. В усіх випадках такі канали демонстрували лише один рівень унітарної провідності; жодних підрівнів у діапазоні потенціалів від 100 мВ до +100 мВ не спостерігалося. Пригнічення активності ІР₃R при негативних потенціалах було зумовлене зменшенням вірогідності відкритого стану каналу. Отже, припущення про багаторівневість провідності поодиноких каналів ІР₃R у вивченому об’єкті не підтверджується; вивільнення Са²⁺ через канали цих рецепторів має квантовий характер.
format Article
author Федоренко, О.А.
spellingShingle Федоренко, О.А.
Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
Нейрофизиология
author_facet Федоренко, О.А.
author_sort Федоренко, О.А.
title Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
title_short Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
title_full Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
title_fullStr Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
title_full_unstemmed Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є
title_sort провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів пуркін’є
publisher Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate 2016
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148340
citation_txt Провідність каналів інозитол-1,4,5-трифосфатних рецепторів ядерної оболонки нейронів Пуркін’є / О.А. Федоренко // Нейрофизиология. — 2016. — Т. 48, № 2. — С. 103-106. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.
series Нейрофизиология
work_keys_str_mv AT fedorenkooa provídnístʹkanalívínozitol145trifosfatnihreceptorívâdernoíobolonkinejronívpurkínê
first_indexed 2025-07-12T18:45:52Z
last_indexed 2025-07-12T18:45:52Z
_version_ 1837467919648292864
fulltext NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2016.—T. 48, № 2 103 УДК 577.352 О. А. ФЕДОРЕНКО1, 2, 3 ПРОВІДНІСТЬ КАНАЛІВ ІНОЗИТОЛ-1,4,5-ТРИФОСФАТНИХ РЕЦЕПТОРІВ ЯДЕРНОЇ ОБОЛОНКИ НЕЙРОНІВ ПУРКІН’Є Надійшла 05.09.14 Інозитол-1,4,5-трифосфатні рецептори (ІР3R) відіграють ключову роль у забезпеченні внутрішньоклітинної кальцієвої сигналізації. До останнього часу питання, чи є харак- терним для каналу поодинокого ІР3R лише один рівень провідності чи такий канал може мати декілька рівнів провідності, залишалося відкритим. В експериментах на ізольо- ваних ядрах нейронів Пуркін’є мозочка щурів ми досліджували, як змінюється про- відність каналів цих рецепторів внутрішньої мембрани ядерної оболонки при різних значеннях потенціалу. В усіх випадках такі канали демонстрували лише один рівень унітарної провідності; жодних підрівнів у діапазоні потенціалів від 100 мВ до +100 мВ не спостерігалося. Пригнічення активності ІР3R при негативних потенціалах було зу- мовлене зменшенням вірогідності відкритого стану каналу. Отже, припущення про ба- гаторівневість провідності поодиноких каналів ІР3R у вивченому об’єкті не підтверджу- ється; вивільнення Са2+ через канали цих рецепторів має квантовий характер. КЛЮЧОВІ СЛОВА: ядерна оболонка, інозитолтрифосфатні рецептори, провідність поодинокого каналу. 1 Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна). 2 Державна ключова лабораторія молекулярної та клітинної біології, Київ (Україна). 2 Університет Ланкастера, Велика Британія. Ел. пошта: оlena.fedorenko@biph.kiev.ua (О. А. Федоренко). ВСТУП Кальцій – один із найголовніших вторинних посе- редників у процесах внутрішньоклітинної сигна- лізації, яка забезпечує контроль великої кількості клітинних процесів [1–3]. Ключовими елементами, відповідальними за регуляцію концентрації Ca2+ у клітині, є кальційзвільнюючі канали інозитол- 1,4,5-трифосфатних та ріанодинових рецепторів (IP3R і RyR відповідно), через які відбувається ви- вільнення Са2+ із внутрішньоклітинних кальцієвих депо, зокрема ендоплазматичного ретикулума (EР) [4, 5]. Регуляція функціонування цих рецептор-ка- нальних комплексів є досить складною [6–8]. Про- никність IP3-активованих кальцієвих каналів може істотно модулюватися в результаті фосфорилюван- ня, дефосфорилювання [9] або змін концентрації АТФ [10, 11]. Крім того, на діяльність ІР3R впливає зв’язування з низкою білків, таких як RACK1 [12], білок 4.1N [13], IRBIT [14], Bcl-2 [15] тощо. Було також показано, що активність ІР3Rs може змінюва- тися залежно від потенціалу на мембрані [16–18]. Як виявилось, активність IP3R демонструє дзво- ноподібну залежність від рівня Ca2+, тобто може ефективно блокуватися при певних високих кон- центраціях цього іона [19]. Вважалися вірогідни- ми й інші механізми інактивації даних рецепторів. Зокрема, як вважав Фоскет [16], зміни негативного потенціалу на мембранах, на яких присутні IP3R, можуть призводити до зменшення рівня провіднос- ті каналів таких рецепторів [16, 20]. При цьому пи- тання, чи є характерними для даних каналів єдине значення унітарної провідності або декілька таких значень, залишалося відкритим. У наших попередніх роботах ми показали наяв- ність великої кількості ІР3R на внутрішній мемб- рані ядерної оболонки нейронів Пуркін’є мозочка [21, 22]. У даній роботі ми досліджували залеж- ність провідності IP3-активованих кальцієвих ка- налів цих рецепторів від потенціалу, вважаючи, що результати подібних експериментів допоможуть ви- рішити згадане вище питання. МЕТОДИКА Доступ до внутрішньої мембрани ізольованих ядер нейронів Пуркін’є мозочка щурів. Ізольовані ядра ней- ронів Пуркін’є отримували з використанням методи- NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2016.—T. 48, № 2104 О. А. ФЕДОРЕНКО ки, описаної в наших попередніх роботах [18, 21]. Після евтаназії самців щурів лінії Вістар (вік два-три тижні) їх головний мозок швидко видаляли; мозочок нарізали на зрізи завтовшки не більше 400 мкм. Отри- мані зрізи занурювали в базовий розчин, що вміщував (у мілімолях на 1 л) глюконат калію – 150, HEPES – 2.5, HEPES-К – 2.5 (рН 7.3). До розчину додавали „коктейль” протеїнових інгібіторів („Roche Diagnos- tics”, Велика Британія) у концентраціях, зазначених виробником. Ізольовані ядра нейронів Пуркін’є отри- мували після гомогенізації тканини (пропускання ін- кубованих у такому розчині зрізів через ін’єкційну голку діаметром 0.64 мм) та наступної обробки гомо- генату протягом 20–30 хв 1 %-вим розчином цитрату натрію з повільним перемішуванням. Після такої об- робки ядра втрачали свою зовнішню мембрану [23], а їх внутрішня мембрана ставала досяжною для підве- дення петч-піпетки. Отриманий гомогенат розміщу- вали в робочій камері під інвертованим мікроскопом. Після відмивання залишків ушкоджених органел ба- зовим розчином ядра нейронів ставали придатними для петч-клемп-відведень. Реєстрація активності ІР3R. Дослідження стру- мів через поодинокі кальцієві канали ІР3R прово- дили з використаням методу петч-клемп у конфі- гурації “nucleus-attached” або “excised patches” у режимі фіксації потенціалу. Експерименти викону- вали при температурі 18–20 °C. Петч-піпетки ви- готовляли з боросилікатного скла (“Sutter Instru- ments”, США); їх опір варіював від 5 до 12 МОм. Піпетки заповнювали базовим розчином. Референт- ний електрод (Ag-AgCl) був сполучений з робочою камерою через агаровий місток; камеру заповнюва- ли базовим розчином. Сигнали з виходу підсилювача Visual Patch VP- 500 (“Bio-Logic”, Франція) пропускали через низь- кочастотний фільтр Бессела (частота зрізу 2 кГц), оцифровували з частотою 104 с–1 і зберігали на жорст кому диску комп’ютера. Аналіз отриманих результатів проводили з використанням програми “pClamp 9.0” (“Axon Instruments”, США). На рисун- ках у всіх випадках вказано електричний потенціал вмісту петч-піпетки; значення потенціалу розчину в робочій камері вважали рівним 0 мВ. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Додавання агоністів IP3Rs (IP3, Ca2+ або ATP) до розчину, що контактував із нуклеоплазматичним боком внутрішньої мембрани ядер, ізольованих із ней ронів Пуркін’є (у наших дослідах – до розчину в робочій камері) призводило до активації відповід- них іонних каналів більш ніж у 88 % випадків від- ведень від поодиноких ІР3R. Середнє значення про- відності через канал такого рецептора було досить високим (356 ± 4 пСм, n = 7). Провідність каналів IP3R демонструвала чітку потенціалзалежність. Ві- рогідність відкритого стану (Po) цих каналів була значно вищою при позитивних значеннях потенціа- лу, а при негативних значеннях їх активність істот- но пригнічувалася (pис. 1, А). Очевидно, що елек- тричний потенціал вмісту петч-піпетки в наших дослідах відповідає потенціалу, існуючому в лю- мені ядерної оболонки, тобто активність IP3R вну- трішньої мембрани ядерної оболонки досліджених нейронів пригнічується в умовах негативних по- тенціалів у люмені згаданої оболонки. Як вважа- ють, негативізація цього потенціалу відбувається внаслідок перенесення великого позитивного заря- ду під час вивільнення Са2+ з депо. Інгібування активності IP3R було показано рані- ше на ооцитах Xenopus [16]. Фоскетт та співробіт- ники після петч-клемп-дослідження струмів через канали цих рецепторів повідомляли про існування декількох (вірогідно, п’яти) рівнів провідності че- Р и с. 1. Оригінальний запис активності каналу інозитол-1,4,5- трифосфатного рецептора при потенціалах +80 та –80 мВ. Незважаючи на те, що активність каналу в умовах тривалої реєстрації при –80 мВ пригнічується, можна спостерігати лише один рівень провідності (А); короткотривалі «канальні піки» не можна вважати тим, що відповідають повному відкриванню каналу (Б). с +80 мВ А Б +80 мВ –80 мВ –80 мВ 10 пА 5 пА 5 с с с с с с NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2016.—T. 48, № 2 105 ПРОВІДНІСТЬ КАНАЛІВ ІНОЗИТОЛ-1,4,5-ТРИФОСФАТНИХ РЕЦЕПТОРІВ рез такі канали [16, 20]. Вони вважали, що потенці- алзалежне інгібування IP3R пов’язане з переходом каналів цих рецепторів у стани з меншими рівнями унітарної провідності [16]. У наших же дослідах ми не помітили жодних змін провідності каналів поодиноких IP3R, на- віть при досить великих значеннях потенціалу на мембрані – як у позитивному, так і в негативному діапазонах (pис. 1, А). На записах, котрі тривали декілька хвилин, було помітним зниження актив- ності IP3R у разі великих негативних потенціалів, але рівні провідності через поодинокий канал не ставали меншими. Зниження активності ІР3R було спричинене зменшенням вірогідності відкритого стану їх каналів (Ро). У свою чергу, зміни значен- ня Po були зумовлені змінами тривалості відкритого стану каналу (to). Даний параметр значно зменшу- вався при негативних потенціалах, причому трива- лість закритого стану каналу (tс) відповідно ставала більшою. Таким чином, відбувалися зміни часто- ти спрацьовувань каналу, а не значення провіднос- ті через нього. При детальнішому аналізі епізодів поодиноких спрацьовувань каналу в різних режимах також не було помічено жодних підрівнів його провіднос- ті (pис. 1, Б), а короткотривалі «канальні піки» не можна вважати феноменами, що відповідають по- вноцінним відкриванням каналу. Аналіз амплітуд струмів через канал в умовах різних потенціалів показав наявність виключно од- ного значення цього параметра (pис. 2), що також підтверджує наявність лише одного рівня провід- ності каналів IP3R. Крім того, вольт-амперна харак- теристика даних каналів у симетричному розчині KCl у діапазоні від –100 до +100 мВ була практич- но лінійною [21]. Зміни активності IP3R залежали не лише від зна- чення тест-потенціалу, але й від часу його дії. Ві- рогідність відкритого стану каналу Po змінювалася швидко при перемиканні з позитивного потенціалу на негативний, та навпаки. Довготривала експози- ція IP3R до потенціалів ≤ –60 мВ поступово призво- дила до повного блокування їх каналів, проте такий ефект був оборотним. Цікаво, що навіть у разі бло- кування канали не демонстрували нижчих значень унітарної провідності. Таким чином, наші результати вказують на те, що при дії негативних потенціалів активність IP3R внутрішньої мембрани ядерної оболонки нейро- нів Пуркін’є значно пригнічується, проте це не пов’язано з переходом на якісь інші рівні провід- ності поодинокого каналу. Причина розбіжностей результатів, отриманих у нашій лабораторії та гру- пою Фоскетта, поки що незрозуміла. Такі розбіж- ності можуть бути пов’язані зі специфікою струк- тури каналів IP3R у різних об’єктах (ядрах ооцитів Xenopus та центральних нейронів щурів), зі специ- фікою їх молекулярного оточення або з різницею експериментальних умов. Дана робота була підтримана Державним фондом фун- даментальних досліджень України (грант DFFD F 46.2/001). Всі експериментальні процедури відповідали положен- ням Європейської конвенції щодо захисту тварин, які вико- ристовуються з дослідницькою метою (86/609/ЄЄС, 1986, Страсбург), і нормативам Комітетів із біоетики Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України та Державної ключової лабораторії молекулярної та клітинної біології. Автор даної роботи – О. А. Федоренко – підтверджує відсутність будь-яких конфліктів, що стосуються комерцій- них або фінансових відносин та відносин з організаціями або особами, будь-яким чином пов’язаними з дослідженням. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. M. J. Berridge, M. D. Bootman, and H. L. Roderick, “Calcium signalling: dynamics, homeostasis and remodelling,” Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 4, No. 7, 517-529 (2003). 2. D. E. Clapham, “Calcium signalling,” Cell, 131, 1047-1058 (2007). 3. C. P. Bengtson and H. Bading, “Nuclear calcium signaling,” Adv. Exp. Med. Biol., 970, 377-405 (2012). Р и с. 2. Гістограми амплітуд струмів (пА) через канал IP3R при потенціалах +80 та –80 мВ (А та Б відповідно). По осі ординат – кількість спрацьовувань каналу. Наявний лише один рівень провідності такого каналу. 0 0 0–5–10–15–20–25 5 10 15 20 25 пА пА 20 40 60 80 100 120 А Б 0 20 40 60 80 100 NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2016.—T. 48, № 2106 О. А. ФЕДОРЕНКО 4. M. J. Berridge, “The endoplasmic reticulum: a multifunctional signal organelle,” Cell Calcium, 32, Nos. 5/6, 235-249 (2002). 5. M. J. Berridge, “Inositol trisphosphate and calcium signalling mechanisms,” Biochim. Biophys. Acta, 1793, No. 6, 933-940 (2009). 6. I. Bezprozvanny, “The inositol 1,4,5-trisphosphate receptors,” Cell Calcium, 38, 261-272 (2005). 7. J. K. Foskett, C. White, K. H. Cheung, and D. O. D. Mak, “Inositol trisphosphate receptor Ca2+ release channels,” Physiol. Rev., 87, 593-658 (2007). 8. A. M. Rossi, S. C. Tovey, T. Rahman, et al., “Analysis of IP3 receptors in and out of cells,” Biochim. Biophys. Acta, 1820, No. 8, 1214-1227 (2012). 9. V. Vanderheyden, B. Devogelaere, L. Missiaen, et al., “Regulation of inositol 1,4,5-trisphosphate-induced Ca2+ release by reversible phosphorylation and dephosphorylation,” Biochim. Biophys. Acta, 1793, No. 6, 959-970 (2009). 10. I. Bezprozvanny and B. E. Ehrlich, “ATP modulates the function of inositol 1,4,5-trisphosphate-gated channels at two sites,” Neuron, 10, No. 6, 1175-1184 (1993). 11. H. Tu, Z. Wang, E. Nosyreva, H. De Smedt, and I. Bezprozvanny, “Functional characterization of mammalian inositol 1,4,5-trisphosphate receptor isoforms,” Biophys. J., 88, No. 2, 1046-1055 (2005). 12. G. E. Woodard, J. J. López, I. Jardín, et al., “TRPC3 regulates agonist-stimulated Ca2+ mobilization by mediating the interaction between type I inositol 1,4,5-trisphosphate receptor, RACK1, and Orai1,” J. Biol. Chem., 285, No. 11, 8045-8053 (2010). 13. M. J. Fiedler and M. H. Nathanson, “The type I inositol 1,4,5-trisphosphate receptor interacts with protein 4.1N to mediate neurite formation through intracellular Ca waves,” Neurosignals, 19, No. 2, 75-85 (2011). 14. K. Mikoshiba, “The discovery and structural investigation of the IP3 receptor and the associated IRBIT protein,” Adv. Exp. Med. Biol., 740, 281-304 (2012). 15. C. W. Distelhorst and M. D. Bootman, “Bcl-2 interaction with the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor: role in Ca2+ signaling and disease,” Cell Calcium, 50, No. 3, 234-241 (2011). 16. D. O. Mak and J. K. Foskett, “Single-channel kinetics, inactivation, and spatial distribution of inositol trisphosphate (IP3) receptors in Xenopus oocyte nucleus,” J. Gen. Physiol., 109, No. 5, 571-587 (1997). 17. L. Stehno-Bittel, A. Lückhoff, and D. E. Clapham, “Calcium release from the nucleus by InsP3 receptor channels,” Neuron, 14, No. 1, 163-167 (1995). 18. O. A. Fedorenko, D. E. Duzhyy, and S. M. Marchenko, “Voltage-dependence of IP3-receptors of the nuclear envelope of pyramidal neurons of the hippocampus,” Neurophysiology, 41, Nos. 5/6, 325-332 (2009). 19. H. Tu, Z. Wang, and I. Bezprozvanny, “Modulation of mammalian inositol 1,4,5-trisphosphate receptor isoforms by calcium: a role of calcium sensor region,” Biophys. J., 88, No. 2, 1056-1069 (2005). 20. J. K. Foskett and D. O. Mak, “Novel model of calcium and inositol 1,4,5-trisphosphate regulation of InsP3 receptor channel gating in native endoplasmic reticulum,” Biol. Res., 37, No. 4, 513-519 (2004). 21. S. M. Marchenko, V. V. Yarotskyy, T. N. Kovalenko, et al., “Spontaneously active and InsP3-activated ion channels in cell nuclei from rat cerebellar Purkinje and granule neurons,” J. Physiol., 565, 897-910 (2005). 22. O. A. Fedorenko, D. E. Duzhyy, and S. M. Marchenko, “Calcium channels in the nuclear envelope of pyramidal neurons of the hippocampus,” Neurophysiology, 40, No. 4, 238-242 (2008). 23. J. P. Humbert, N. Matter, J. C. Artault, et al., “Inositol 1,4,5-trisphosphate receptor is located to the inner nuclear membrane vindicating regulation of nuclear calcium signaling by inositol 1,4,5-trisphosphate,” J. Biol. Chem., 271, No. 1, 478-485 (1996).