| draslíkový vnitřně usměrňující kanál, podrodina J, člen 8 | |
|---|---|
| Notový zápis | |
| Symboly | KCNJ8 ; Kir 6.1 _ |
| Entrez Gene | 3764 |
| HGNC | 6269 |
| OMIM | 600935 |
| RefSeq | NM_004982 |
| UniProt | Q15842 |
| Jiné údaje | |
| Místo | 12. kap. , 12p12.1 |
| Informace ve Wikidatech ? | |
| draslíkový vnitřně usměrňující kanál, podrodina J, člen 11 | |
|---|---|
| Notový zápis | |
| Symboly | KCNJ11 ; Kir 6.2 _ |
| Entrez Gene | 3767 |
| HGNC | 6257 |
| OMIM | 600937 |
| RefSeq | NM_000525 |
| UniProt | Q14654 |
| Jiné údaje | |
| Místo | 11. kap. , 11p15.1 |
| Informace ve Wikidatech ? | |
| ATP-vazebná kazeta, podskupina C (CFTR/MRP), člen 8 | |
|---|---|
| Notový zápis | |
| Symboly | ABCC8 ; SUR1 |
| Entrez Gene | 6833 |
| HGNC | 59 |
| OMIM | 600509 |
| RefSeq | NM_000352 |
| UniProt | Q09428 |
| Jiné údaje | |
| Místo | 11. kap. , 11p15.1 |
| Informace ve Wikidatech ? | |
| ATP-vazebná kazeta, podskupina C (CFTR/MRP), člen 9 | |
|---|---|
| Notový zápis | |
| Symboly | ABCC9 ; SUR2A, SUR2B |
| Entrez Gene | 10060 |
| HGNC | 60 |
| OMIM | 601439 |
| RefSeq | NM_005691 |
| UniProt | O60706 |
| Jiné údaje | |
| Místo | 12. kap. , 12p12.1 |
| Informace ve Wikidatech ? | |
ATP-senzitivní draslíkové kanály (angl. ATP-senzitivní draslíkové kanály nebo K ATP kanál ) – skupina proteinových draslíkových kanálů , jejichž aktivita je regulována intracelulárními nukleotidy , jako jsou ATP a ADP . Poprvé byly objeveny v srdečních buňkách [1] . ATP-dependentní draslíkové kanály patří do třídy vnitřních rektifikačních draslíkových kanálů (K ir kanály) a představují rodinu K ir 6. Pracují především ve svalech a neuronech , kde v podmínkách nedostatku energie ve formě ATP převést buňky do klidového stavu, snížit jejich excitabilitu a kontraktilitu . Kanály KATP se také podílejí na regulaci uvolňování inzulínu v pankreatických beta buňkách . ATP-dependentní draslíkové kanály jsou cíle léků, které chrání srdce a krevní cévy během přetížení.
Kanály KATP jsou funkční oktamery , které se skládají ze čtyř podjednotek Kir6.x , které tvoří kanálový pór, a čtyř dalších proteinů sulfonylmočovinového receptoru SURx (Sulphonylurea Receprors). Název poslední podjednotky je způsoben skutečností, že když je kanál blokován sulfonylmočovinou, váže se na SUR.
Kir 6.x zahrnuje dvě transmembránové oblasti a jednu ponořenou do membrány a tvořící vnitřní povrch póru kanálu se selektivním filtrem (P-doména nebo P-smyčka). Podjednotka Kir je zodpovědná za inhibici kanálu , to znamená, že jej udržuje uzavřený pomocí ATP (s výjimkou kanálů v hladkých svalech ).
Podjednotka SUR se skládá ze tří transmembránových domén (TMD0, TMD1, TMD2), z nichž první obsahuje pět a další dva šest transmembránových segmentů. Také mezi TMD1 a TMD2 a za TMD2 na cytoplazmatické straně membrány jsou nukleotidové vazebné domény (NBD1, NBD2). Jsou to podjednotky SURx, které jsou zodpovědné za aktivaci kanálu. Patří do třídy ABC-dopravníky(ATP-binding cassette transporters), jejichž hlavní funkcí je využití energie ATP pro potřeby buněk, jako je translokace různých substrátů podél membrány [2] [3] .
Tyto iontové kanály mají vysokou selektivitu pro K + . Selektivní filtr, který určuje, který kation (např. Na + nebo K + ) může kanálem projít, je umístěn v jeho nejužší části. Studie ukázaly, že H5 segment je nutný pro K + selektivitu . H5 obsahuje konsenzuální sekvenci ( Thr - Val - Gly -Tyr-Gly), která byla nalezena ve všech draslíkových kanálech s minimálními evolučními změnami. Atomy kyslíku vytvářejí negativní náboj v oblasti filtru, který napodobuje vodné prostředí obsahující draslík v roztoku. Předpokládá se, že selektivita k draselným iontům je zajištěna pevně fixovanou velikostí pórů. To znamená, že jiné ionty, jako například lithium , nemohou projít (projdou s menší pravděpodobností), protože kyslík je od nich příliš daleko, mnohem dále než vodní dipóly, které obklopují iont v roztoku, to znamená pro lithium jako „ imitace“ je nesprávná.
Každá tkáň má svou vlastní konfiguraci různých podjednotek. Například hladké svalstvo cév je charakterizováno sadou Kir 6.1- SUR2B a tvoří podtyp KATP-KNDP , který je pojmenován proto, aby zdůraznil důležitost aktivace NDP a skutečnost, že samotný ATP je nemůže otevřít [ 4] . Současně existují další konfigurace, jako je K ir 6,2-SUR2B ve svalech cév. Existují důkazy, že hladká svalovina močového měchýře obsahuje K ir 6,2-SUR2A(B) [5] . Srdce je charakterizováno konfigurací K ir 6,2-SUR2A. Pokud je ale u pórotvorné jednotky vše jasné a srozumitelné, pak na druhou stranu vyvstávají některé otázky. U myší bylo prokázáno , že SUR1 je exprimován v síni , zatímco SUR2A je exprimován v komoře [6] . Mozkové neurony citlivé na glukózu obsahují podjednotky K ir 6,2-SUR1 [7] [8] . Existují však také studie, které ukazují, že neurony citlivé na glukózu ve ventromediálním jádře hypotalamu a stejné cholinergní neurony ve striatu mozku obsahují konfiguraci podjednotek Kir 6.1-SUR1 . V pankreatu β-buňky obsahují K ATP kanály v konformaci Kir 6.2-SUR1 [ 9] .
Všechny varianty KATP jsou kódovány čtyřmi geny: KCNJ8, KCNJ11, ABCC8, ABCC9. Jsou zodpovědné za podjednotky Kir 6.1 , Kir 6.2, SUR1 a SUR2, v tomto pořadí . Ten tvoří dvě sestřihové varianty a tak se objevují podjednotky SUR2A a SUR2B. U potkana jsou tyto geny umístěny v následujícím pořadí: v prvním chromozomu ABCC8 - exon 39 a KCNJ11 - exon 2, ve čtvrtém chromozomu ABCC9 - exon 40 a KCNJ8 - exon 3.
Hlavní funkcí kanálů K ATP v endokrinní slinivce břišní je sekrece inzulínu . Sekrece inzulínu je aktivována vysokou hladinou glukózy v krvi. Během podprahových hladin glukózy jsou kanály K ATP otevřené a udržují si negativní elektrochemický potenciál . V okamžiku, kdy hladina glukózy v krvi stoupne, nastartuje se metabolismus v β-buňkách Langerhansových ostrůvků. V důsledku toho se hladina ATP v buňce zvyšuje a hladina ADP klesá. Následně se kanály K ATP uzavřou, buňky se depolarizují a aktivují se napěťově řízené vápníkové kanály (PGCC) . Příliv vápníku způsobí, že vezikuly obsahující inzulín splynou s membránou a hormon se tak uvolní ven.
V srdci hrají kanály K ATP roli kardioprotektorů během ischemie [10] . Vzhledem k tomu, že hyperpolarizují membránu, klesá amplituda akčního potenciálu kardiomyocytů a omezuje se přítok vápníku přes SCBB, respektive se snižuje doba neúčinné kontrakce srdce. Na rozdíl od K ATP kanálů ve slinivce břišní jsou v srdci za fyziologických podmínek v trvale uzavřeném stavu , protože v této tkáni je neustále udržována vysoká koncentrace ATP. Kanály se otevírají za podmínek, jako je srdeční přetížení, hypoxie nebo ischemie . I krátké epizody ischemie způsobují další ochranu myokardu před následnými mozkovými příhodami . Tento jev se nazývá „ prekurzor ischemie “ [11] .
Hlavním místem, kde hrají důležitou roli draslíkové kanály závislé na ATP, je hypotalamus . V hypotalamu je spousta neuronů „citlivých na glukózu“ [12] [13] . Například orexinové (hypokretinové) neurony v myším laterálním hypotalamu regulují nespavost, lokomotorickou aktivitu a chuť k jídlu a jsou inhibovány vysokými hladinami glukózy. A neurony MCH (neurony koncentrujícího melanin), které regulují chování při hledání potravy, náladu a energetickou rovnováhu, jsou aktivovány zvýšenou hladinou glukózy. Většina neuronů, které jsou aktivovány zvýšenou hladinou glukózy, pracuje podle následujícího mechanismu: glukóza vstupuje do buňky - hladina ATP stoupá - kanály K ATP se uzavírají - depolarizace buňky - zvýšení úrovně vodivosti. Mechanismus inhibice hladinou glukózy je v tuto chvíli méně objasněn, ale existuje předpoklad, že se na tom podílí Na + -K + -ATPáza a aktivace hyperpolarizačního chloridového proudu, který možná aktivuje chloridové kanály (CFTR-like Cl - kanály). Kromě této funkce hrají kanály K ATP za patologických podmínek ochrannou roli [14] . Vrátíme-li se k ischemii a hypoxii, před kterými tyto kanály chránily srdce, je třeba poznamenat, že u většiny savců za takových podmínek neurony depolarizují a odumírají. Proto například v substantia nigra kanály K ATP potlačují neuronovou aktivitu (hyperpolarizují buňku) během hypoxie v důsledku jejich otevření na postsynaptických membránách.
V hladkém svalstvu jsou kanály K ATP nejběžnější ve stěnách krevních cév a jsou v nich umístěny po celém těle. Otevření těchto kanálů způsobuje hyperpolarizaci membrány a v důsledku toho uzavření SCBB a relaxaci svalových vláken cév, zejména žil . To znamená, že zajišťují funkci vazodilatace . Kromě běžné regulace existuje také regulace otevírání-zavírání pomocí fosforylace , jak již bylo zmíněno výše. Takže aktivita K ATP může být ovlivněna vazodilatátory, jako je prostaglandin , CGRP (calcitonin Gene Related Peptide), adenosin a vazokonstriktory , například endotelin , vazopresin , histamin . Možná ovlivňují proces fosforylace pomocí proteinkinázy A. Ale, jak již bylo zmíněno výše, tento proces nebyl dosud na dostatečné úrovni prozkoumán. K ATP jsou přítomny ve svalech močového měchýře. Zatím není zcela jasné, proč jsou tam tyto kanály potřeba, protože kromě nich existuje mnoho dalších draslíkových kanálů. Jsou však přítomny a jejich funkce a vlastnosti jsou v současné době zkoumány. Bylo tedy prokázáno, že glibenklamid (inhibitor) neovlivňuje excitabilitu nebo kontraktilitu močového měchýře bez stimulace tohoto kanálu, avšak K ATP přispívá k tvorbě a udržování membránového potenciálu klidových buněk močového měchýře . 15] [16] . Současně je farmakologická aktivace kanálů K ATP následována hyperpolarizací membrány, v důsledku čehož dochází k uzavření CCCC a poklesu napětí [17] . Navzdory tomu všemu je nepravděpodobné, že by kanály K ATP byly spojeny s jakýmikoli patologiemi v močovém měchýři, ačkoli logika naznačuje opak.
Jak již bylo uvedeno, ATP je hlavním regulátorem aktivity kanálu a může vykonávat dvě různé funkce: 1) uzavřít kanál a 2) udržet kanál aktivní v přítomnosti hořčíkových iontů. Místo pro vazbu ATP za účelem inhibice aktivity kanálu se nachází na podjednotce Kir 6.2 [18] , jedná se o aminokyselinové zbytky, jako je arginin na 50. pozici na N-konci a 182. isoleucin , 185. lysin , 201. arginin , 334- glycin na C-konci [8] . Předpokládá se, že tyto zbytky tvoří tzv. ATP-binding pocket [8] . To znamená, že čtyři molekuly ATP se mohou vázat na jeden kanál K ATP . ATP může také aktivovat kanál K ATP , pokud se váže na SUR [18] , ale za aktivaci je obvykle odpovědný NDF. Vazebné místo je na SUR. Ten obsahuje dvě NBD (Nucleotide Binding Domain) s takovými konsensuálními motivy jako Walker-A a Walker-B ( Gly - XXXX - Gly - Lys - Thr / Ser ) [19] . Mutace v motivu Walker-A na NBD1 brání vazbě nukleotidů na obě NBD [20] . Tento aktivační a inhibiční mechanismus funguje za fyziologických podmínek , avšak farmaceutická činidla mohou aktivovat i inhibovat ATP K kanály vazbou na SUR. Inhibičními činidly mohou být sulfonylmočoviny, jako je chlorpropamid , tolbutamid a glibenklamid [21] [22] [23] . Používají se při léčbě cukrovky 2. typu . Aktivační látky, které jsou také známé jako KCO (K + channel openers), mohou být reprezentovány látkami, jako je pinacidil , nicorandil a diazoxid [24] [25] .
Diabetes mellitus 2. typu se léčí deriváty sulfonylmočoviny, jako je acetohexamid , tolbutamid, glipizid , glibenklamid a glimpirid .
Ukázalo se [26] , že farmaceutické látky KCO (otvírače kanálů K + ) (například analog pinacidilu [3H]P1075) se mohou vázat na SUR v nepřítomnosti podjednotky Kir [27] a nemohou kanál aktivovat, pokud pouze je přítomna podjednotka tvořící póry [18] [28] . Je také známo, že různé podjednotky SUR reagují na aktivátory odlišně, např. v přítomnosti Mg-ATP může pinacidil aktivovat Kir 6,2 - SUR2A, ale nikoli Kir 6,2-SUR1 [29] . Je tedy ukázáno, že KCO se vážou pouze na SUR, stejně jako specificita jejich vazby. V hladkém svalstvu vyvolávají KCO vaskulární relaxaci a snižují krevní tlak otevřením kanálů K ATP . Některé z těchto látek se používají v terapii jako antihypertenziva . Kromě toho se KCO používají jako léky proti nemocem, jako je akutní a chronická ischemie myokardu , městnavé srdeční selhání , bronchiální astma , inkontinence moči a některé myopatie kosterního svalstva . V β-buňkách Langerhansových ostrůvků pankreatu se vyvoláním otevření kanálů K ATP léčí hypersekrece inzulínu, která je u dětí spojena s inzulinomem a chronickou hypoglykémií [8] .
Kanály K ATP v různých tkáních se vyznačují různými úrovněmi vodivosti . Takže například pro močový měchýř je to 11-12 pS (pS - pico siemens ), 15-50 pS - pro hladké svaly portální žíly , kultivaci buněk koronárních tepen, 55-75 pS - pro kosterní svaly, 50- 90 pS - β -buňky Langerhansových ostrůvků slinivky břišní, 70-90 pS - pro srdce a vysoká vodivost (130 pS) je charakteristická pro hladké svaly mezenterických tepen, ocasní tepnu krysy a aortu psa . Jak již bylo zmíněno, K ATP kanály jsou rodinou z třídy Kir , to znamená, že se vyznačují usměrněním příchozího proudu. Usměrnění proudu v elektrofyziologii je jev, kdy za podmínek stejné koncentrace iontů z vnitřku a vně membrány nejsou příchozí a odchozí proudy vyváženy. Rektifikace je výstup a vstup. V našem případě se jedná o příchozí rektifikaci, to znamená, že draslík vstupuje do buňky snadněji těmito kanály. Také rovnání je slabé a silné. Pro K ATP kanály charakteristická "slabá" rektifikace [30] . Se změnou pH se také mění „síla“ narovnání: při neutrálním pH se tyto kanály vyznačují „slabým“ napřímením, které je ve skutečnosti fyziologické; když je médium alkalizováno, narovnání se stává „silnějším“. “. Podrobnosti ještě nejsou zcela objasněny, ale obecný mechanismus rovnání je jasný. Vyskytuje se prostřednictvím alifatického polyaminu sperminu . Je kladně nabitý a má valenci ~5 [31] . Když draslík začne opouštět buňku, proudem „vtáhne“ spermie do pórů. Čas je zablokován a již nedovoluje draselným iontům vycházet, nicméně ionty vstupující dovnitř jej mohou „vytlačit“ a jít dále bez rušení.