Это исследование бросает вызов более раннему канону электрофизиологии и подрывает ранее существовавшее мнение о том, что кальциевые каналы функционируют независимо. Исследование опубликовано в Интернете в журнале eLife.
По словам исследователей, открытие важно, потому что понимание того, как эти каналы взаимодействуют, может привести к улучшенным методам лечения, направленным на аберрантные кальциевые каналы в неисправных клетках. Дисфункциональные кальциевые каналы могут быть обнаружены при различных состояниях, таких как эпилепсия и болезнь Паркинсона.«В сердечной мышце, если эти каналы не координируют свою работу, это будет иметь пагубные последствия для надежности сокращений сердечной мышцы», — сказал Луис Фернандо Сантана, профессор и заведующий кафедрой физиологии и мембранной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе. «В нейронах, если они не объединяются, они не получают потенцирования, необходимого для поддержания повторяющихся возбуждений.
«В предыдущем исследовании мы обнаружили, что плохой канал в паре с хорошим может превратить их обоих в плохие», — сказал Сантана. «Итак, вам не нужно много плохих каналов, чтобы сделать клетку дисфункциональной и показать патологическое поведение».Чтобы изучить эти крошечные каналы, исследователи использовали микроскопию с высоким разрешением, электрофизиологические измерения и оптогенетические технологии — светочувствительные зонды, которые могут стимулировать нейроны подавать электрические сигналы — для изучения нейронов гиппокампа крысы.
Они обнаружили, что, когда клетки начинают реагировать на кальций, каналы начинают группироваться в кластеры по два или более и открываются совместно, позволяя клеткам активироваться быстрее.«Это наглядная демонстрация того, что потенциалзависимые кальциевые каналы могут соединяться, чтобы усилить приток кальция и контролировать возбудимость клетки», — добавил Сантана. «Эта координация оказывает сильное влияние на поведение нейронов и других возбудимых клеток».Каналы координируются через белок под названием кальмодулин, который связывается с кальцием и помогает переносить его по каналу.«Обычно эти каналы не соприкасаются друг с другом», — сказал Сантана. «Однако через него проходит немного кальция, и кальмодулин служит мостом между соседними каналами.
Под влиянием канала, который открывается первым, они начинают открываться в унисон, сводя каналы вместе».Исследователи также обнаружили, что эти кластеры растворяются намного медленнее, чем связанный с ними кальций. Эта «молекулярная память» может позволить клеткам предвидеть будущие вспышки, повышая их эффективность.
«Всегда было противоречие», — отмечает Сантана. «В сердечной мышце должно открыться от пяти до 10 каналов, чтобы надежно активировать высвобождение кальция во время активации сокращения, но вероятность одновременного срабатывания такой группы каналов мала, если не будет какого-либо сотрудничества».