Veda a výskum

Regulácia CaV2.2 vápnikových kanálov – cesta k tlmeniu bolesti

prof. RNDr. Ľubica Lacinová, DrSc.

Centrum biovied, Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV

CaV2.2 vápnikové kanály sú iónové kanály, ktoré zabezpečujú vstup vápnika cez (pre)synaptickú membránu neurónu, ktorý prináša z periférie signál bolesti. Vápnik potom spúšťa uvoľnenie neurotransmitera, ktorý cez synaptickú štrbinu zabezpečí prenos signálu na (post)synaptickú membránu neuróna, ktorý prenesie signál bolesti ďalej do mozgu (Obr. 1). Ak utlmíme vstup vápnika, utlmíme prenos signálu a utlmíme vnem bolesti. CaV2.2 vápnikové kanály môžu byť inhibované napríklad Gβγ podjednotkami G-proteínov. Gβγ podjednotky sa uvoľnia napríklad aktiváciou opioidných receptorov morfiom. Opiody majú mnohé nežiadúce účinky a spôsobujú závislosť.
S cieľom nájsť ďalšie spôsoby regulácie CaV2.2 vápnikových kanálov sme hľadali bunkové proteíny, ktoré s nimi priamo interagujú. Použitím kvasinkového dvojhybridného systému sme identifikovali päť takýchto proteínov: retikulón 1 (RTN1), SLC38A1 zo skupiny od sodíka závislých transportérov neutrálnych aminokyselín, prostaglandín D2 syntázu (PTGDS), transmembránový proteín 223 (TMEM223) a s glutamátovým ionotropným N-metyl-D-aspartátovým receptorom asociovaný proteín (GRINA/TMBIM3). Fyziologická funkcia týchto proteínov je málo známa alebo neznáma. Zistili sme, že niektoré z nich modulujú prúd cez CaV2.2 kanál. RTN1 a SLC38A1 majú zanedbateľný účinok. PTGDS, TMEM 223 a GRINA/TMBIM3 môžu vo fyziologických podmienkach znižovať vtok vápnika cez CaV2.2 kanály a tlmiť synaptický prenos. Poradie účinnosti je PTGDS < TMEM223 < GRINA/TMBIM3 (Obr. 2).
Najzaujímavejší je proteín GRINA/TMBIM3. Zistili sme, že prúd cez CaV2.2 kanál inhibovaný týmto proteínom vyzerá rovnako, ako prúd cez CaV2.2 kanál inhibovaný Gβγ podjednotkami G-proteínov (Obr. 3). Mechanizmus, ktorým GRINA/TMBIM3 reguluje kanál, je teda podobný mechanizmu, ktorým kanál inhibujú opioidy.

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00424-018-02248-x

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143416019300089?via%3Dihub

Image1

CaV2.2 vápnikové kanály regulujú synaptický prenos

 

Image2

Vápnikové prúdy cez CaV2.2 kanály v prítomnosti interagujúcich proteínov (A) a prúdovo-napäťové charakteristiky CaV2.2 kanálov v prítomnosti interagujúcich proteínov (B).

 

Image3

GRINA/TMBIM3 proteín a Gβγ podjednotky G-proteínov rovnako inhibujú prúd cez CaV2.2 kanály (A) a táto inhibícia sa dá rovnako odstrániť krátkym depolarizačným pulzom s vysokou amplitúdou (B).