Калийдің кеңістіктік буферлігі - Potassium spatial buffering

Калийдің кеңістіктік буферлігі жасушадан тыс реттеу механизмі болып табылады калий концентрациясы астроциттер. Калийді астроциттік тазартудың басқа механизмдері - бұл тасымалдағышпен басқарылатын немесе каналды хлорлы калийді қабылдау.[1]The реполяризация туралы нейрондар жасушадан тыс сұйықтықтағы калий концентрациясын жоғарылатуға бейім. Егер айтарлықтай көтерілу орын алса, бұл нейрондарды деполяризациялау арқылы нейрондық сигналға кедергі келтіреді. Астроциттерде калий иондарының жасушадан тыс сұйықтықтан кетуін жеңілдететін көп мөлшерде калий иондары бар. Олар астроциттің бір аймағында қабылданады, содан кейін бүкіл аймаққа таралады цитоплазма арқылы, одан әрі көршілеріне аралық түйісулер. Бұл клеткадан тыс калийді қалыпты өсуіне кедергі келтірмейтін деңгейде ұстайды әрекет әлеуеті.

Калийдің кеңістіктік буферлігі

Бір кездері ОЖЖ-де пассивті рөл атқарады деп есептелген глиальды жасушалар мидағы көптеген функциялардың белсенді реттегіштері болып табылады, соның ішінде нейротрансмиттердің синапстардан тазартылуы, нейрондық көші-қон кезіндегі басшылық, нейрондық синаптикалық берілісті бақылау және белсенді болу үшін идеалды иондық орта орталық жүйке жүйесіндегі нейрондар арасындағы байланыс.[2]

Нейрондар натрий иондарына бай және калий иондарына бай жасушадан тыс сұйықтықпен қоршалған. Бұл иондардың концентрациясы клеткалардың ішінде кері болады. Концентрацияның айырмашылығына байланысты жасуша мембранасы бойынша химиялық градиент болады, бұл натрий ағыны мен калий ағынына әкеледі. Әсер ету потенциалы орын алған кезде, ОЖЖ-нің жасушадан тыс кеңістігінің көлемінің шектеулі болуына байланысты жасушадан тыс калий концентрациясының айтарлықтай өзгеруі орын алады. Жасушадан тыс кеңістіктегі калий концентрациясының өзгеруі әртүрлі нейрондық процестерге әсер етеді, мысалы, мембраналық потенциалды қолдау, кернеуді шығаратын арналарды белсендіру және инактивациялау, синаптикалық беру және нейротрансмиттердің электрогендік тасымалы. Калийдің жасушадан тыс концентрациясының 3мМ-ден өзгеруі жүйке белсенділігіне әсер етуі мүмкін. Сондықтан калий иондарын қатаң бақылауға арналған әртүрлі жасушалық механизмдер бар, олардың көпшілігі K + кеңістіктік буферлеу механизмі болып табылады. Орканд және оның кеңістіктік буферлеуді алғаш теориялаған ғалымдары «егер глиальды жасуша саңылауларда жиналған K + деполяризацияланса, нәтижесінде пайда болған ток K + -ті жоғары [K +] аймағында ішке жібереді және электрлік байланысқан глиальды жасушалар арқылы төменгі деңгейге шығарады. [K +] аймақтары »Орканд пен оның әріптестері ұсынған модельде глиальды жасушалар калий иондарын қабылдайды және жоғары концентрациясы бар аймақтан төмен концентрациясы бар аймаққа өтеді, калий концентрациясы жасушадан тыс кеңістікте аз болады. Глиальды жасушалар калий иондарын тасымалдауға өте ыңғайлы, өйткені ол калий иондары үшін өте жоғары өткізгіштігі бар және ұзын пішіні бойынша немесе бір-бірімен байланыстыру арқылы ұзақ қашықтықты өтеді.[3][4]

Калийді реттеу механизмдері

Калий буферін екі категорияға бөлуге болады: калийді сіңіру және калийді кеңістіктегі буферлеу. Калийді сіңіру үшін артық калий иондары уақытша глиальды жасушаларға тасымалдаушылар немесе калий арналары арқылы алынады. Электронтралдылықты сақтау үшін глиальды жасушаларға калий ағыны хлор немесе натрий ағынымен бірге жүреді. Калий глиальды жасушаларда жиналған кезде судың ағуы мен ісінуі пайда болады деп күтілуде. Калийді кеңістіктегі буферлеу үшін калийдің өткізгіштігі жоғары функционалды байланысқан глиальды жасушалар калий иондарын калий концентрациясы жоғарылаған аймақтардан калий концентрациясы төмен аймақтарға ауыстырады. Калий тогы глиальды синцитий мембранасының потенциалы мен жергілікті калий тепе-теңдік потенциалының айырмашылығымен қозғалады. Калий концентрациясының бір аймағы жоғарылағанда, калийдің глиальды жасушаларға ағуын тудыратын қозғаушы күш пайда болады. Калийдің түсуі глиальды жасушалар желісі арқылы электротоникалық жолмен таралатын жергілікті деполяризацияны тудырады, бұл глиальды жасушалардан калийдің қозғаушы күшін тудырады. Бұл процесс глиальды жасушаларда калий иондарының аз таза пайдасы бар жергілікті калийдің дисперсиясын тудырады, бұл өз кезегінде ісінудің алдын алады. Нейрондық белсенділіктің әсерінен пайда болған глиальды жасушалардың деполяризациясы қан тамырларына калий шығарады, бұл бір кездері тамырлардың босаңсуының себебі деп кеңінен болжанған, нейроваскулярлық байланыста әсері аз болды.[5] Калийдің кеңістіктік буферлеу механизмдерінің тиімділігіне қарамастан, ОЖЖ-нің кейбір аймақтарында калий буферлігі кеңістіктік буферлеуге емес, белсенді сіңіру механизмдеріне тәуелді болып көрінеді. Сондықтан глиалды калийдің кеңістіктегі буферлеудің миымыздың әртүрлі аймақтарындағы нақты рөлі әлі де белгісіз болып қалады.[6]

Kir арнасы

Глиальды жасуша мембраналарының калий иондарына жоғары өткізгіштігі калий-селективті каналдардың жоғары тығыздығының жоғары ықтималдықпен көрінуінің нәтижесі болып табылады. тыныштық мембраналық потенциалдар. Kir арналары, калий ішке қарай түзететін арналар, калий иондарының сыртқа қарағанда ішке өтуіне мүмкіндік беріңіз. Олар сонымен қатар калийдің жасушадан тыс концентрациясымен оң корреляцияланатын айнымалы өткізгіштікті көрсетеді: калий концентрациясы жасушадан тыс болған сайын соғұрлым өткізгіштік жоғарылайды.

Kir арналары әр түрлі қақпа механизмдерімен Kir1-ден Kir7-ге дейінгі жеті кіші отбасыларға жіктеледі. Kir3 және Kir6 бірінші кезекте жасуша ішіндегі белсенділенеді G-ақуыздар. Басқа отбасылармен салыстырғанда олардың ықтималдығы салыстырмалы түрде төмен болғандықтан, олар калий буферіне аз әсер етеді. Kir1 және Kir7 негізінен эпителий жасушалары мысалы, бүйрек, хороидтық плексус немесе торлы пигментті эпителийдегі сияқты және кеңістіктегі буферге әсер етпейді. Кир2, алайда, мидың нейрондары мен глиальды жасушаларында көрінеді. Kir4 және Kir5 Kir2-мен бірге орналасқан Мюллер Глия және калийді сифондау кезінде маңызды рөл атқарады. Көрсетілген жерлерде осы арналардың экспрессиясына қатысты зерттеулерде кейбір сәйкессіздіктер бар.[7][8]

Панглиальды синцитиум

Панглиальды синцитиум - бұл өзара байланысты глиальды жасушалардың үлкен желісі, олар саңылау қосылыстарымен кең байланысты. Панглиальды синцитий орталық жүйке жүйесі арқылы таралады, ол метаболикалық және осмотикалық қолдауды, сондай-ақ ақ заттардың трактаттарында миелинді аксондардың иондық реттелуін қамтамасыз етеді. Панглиальды синцитийдің желісіндегі макроглиальды жасушалардың үш түрі бар астроциттер, олигодендроциттер, және эпендимоциттер. Бастапқыда олигодендроциттер арасында гомологиялық ажырасу бар деп сенген. Кейінірек құрылымдық емес талдаулар арқылы саңылау түйіспелері іргелес олигодендроциттерді тікелей байланыстырмайтындығы анықталды, керісінше ол жақын орналасқан олигодендроциттерге екінші жолды қамтамасыз ететін іргелес астроциттермен саңылау түйіспелері. Миелинді қабықпен қоршаған астроциттер арасындағы тікелей саңылау кезінде артық калий мен осмостық су тікелей астроциттер синцитіне түседі, ол төмен қарай капиллярлар мен астроциттер аяғына дейін ағып кетеді. глия лимитандары. [9]

Калийді сифондау

Торлы қабықта пайда болатын калийдің кеңістіктік буферлігі калий сифондау деп аталады, мұндағы Мюллер жасушасы негізгі глиальды жасуша түрі болып табылады. Мюллер жасушалары ретинальды физиологияда маңызды рөл атқарады. Ол торлы торша метаболизмін сақтайды және нейрондық белсенділік кезінде жасушадан тыс кеңістіктегі калий гомеостазын сақтау үшін өте маңызды. Кеңістіктегі буферлеуге жауап беретін жасушалар сияқты, Мюллер жасушалары да калий иондары арқылы Кир каналдары арқылы ерекше өткізгіш. Басқа глиальды жасушалар сияқты, Мюллер жасуша мембраналарының калий иондарына жоғары селективтілігі Кир каналдарының тығыздығына байланысты. Калий өткізгіштігі Мюллер жасушаларында біркелкі емес таралған.[10] Мульлер амфибия жасушалары бойында калий иондарын фокусты түрде көбейту және нәтижесінде пайда болған деполяризацияны жазу арқылы бақыланған калий өткізгіштігі аяқ асты процесте шоғырландырылды, бұл калий өткізгіштігінің барлық кіші жасушалық доменіне локализацияланған 94%. Байқау жасушадан тыс кеңістіктегі артық калийді Мюллер жасушалары шыны тәрізді юморға «сифондайды» деген гипотезаға алып келеді. Калий сифондау - бұл калий иондарының үлкен қоры шыны тәрізді юморға құйылатын кеңістіктік буферлеу механизмдерінің мамандандырылған түрі. Кир арналарының осындай таралу схемасын қосмекенділерден де кездестіруге болады.[11][12][13]

Тарих

Калийді сифондау туралы алғаш рет 1966 жылы Орканд және басқалардың зерттеуі туралы хабарлады. Зерттеу барысында оптикалық жүйке Нектурус жүйкені қоздырғаннан кейін калийдің алыс қашықтыққа қозғалысын құжаттау үшін бөлінді. Бөлінген оптикалық нервтің торлы қабығындағы .5 Гц төмен жиіліктегі ынталандырудан кейін, электродтан бірнеше миллиметрге дейінгі қарама-қарсы ұштағы астроциттерде деполяризация 1-2мВ өлшенді. Жоғары жиіліктегі ынталандыру кезінде деполяризацияның үстірті байқалды. Сондықтан олар аксональды белсенділік кезінде жасушадан тыс бөлімге бөлінген калий жақын астроциттерге еніп, оларды деполяризациялайды, бұл жерде ол бейтаныс механизммен тасымалданады, бұл стимуляция орнынан алыстағы астроциттерге деполяризацияны тудырады деп жорамалдайды. Ұсынылған модель іс жүзінде орынсыз болды, өйткені ол кезде глиальді жасушалар арасындағы саңылау түйіспелері де, синцитий де белгілі емес еді, Нектурдың оптикалық жүйкесі миелинденбеген, демек, калий ағыны жасушадан тыс кеңістіктегі калий иондары болатын периаксональды жасушадан тыс кеңістікте пайда болды. аксондардың айналасындағы мол астроциттерге тікелей сіңеді.[14]

Аурулар

Науқастарда Туберкулезді склероз кешені (TSC), астроциттерде ауытқулар пайда болады, бұл осы ауруда неврологиялық дисфункцияның патогенезіне әкеледі. TSC - бұл екеуінде де мутациясы бар көп жүйелі генетикалық ауру TSC1 немесе TSC2 ген. Бұл ақыл-ойдың артта қалуы, аутизм және ұстамалар сияқты неврологиялық симптомдарды өшіруге әкеледі. Глиальды жасушаларда жүйке қозғыштығын реттейтін және эпилепсияны болдырмайтын маңызды физиологиялық рөлдер бар. Астроциттер қоздырғыш заттардың, мысалы, жасушадан тыс калийдің гомеостазын спецификалық жолмен тез сіңіру арқылы қолдайды калий каналдары және натрий калий сорғылары. Ол сондай-ақ астроциттер аралық түйісулер арқылы түйісетін астроциттік желілер арқылы калийдің кеңістіктік буферлік көмегімен реттеледі. TSC1 немесе TSC2 генінің мутациясы көбінесе астроциттік коннексин протеинінің төмендеуіне әкеледі, Cx43.[15] Астроциттер арасындағы саңылау түйісуінің бұзылуымен калий буферлеу кезіндегі көптеген ауытқулар орын алады, бұл калийдің жасушадан тыс концентрациясын жоғарылатады және нейрондық гиперқозғыштық пен ұстамаларға бейім болуы мүмкін. Жануарлар моделіне жүргізілген зерттеуге сәйкес, коннексин 43 жетіспейтін тышқандар эпилептиформды оқиғалардың пайда болу шегі төмендеді. Зерттеу сонымен қатар калий клиренсін жеделдетуде, нейрондық күйдіру кезінде калийдің жиналуын шектеуде және калий концентрациясын ауыстыруда саңылаулардың рөлін көрсетті.[16]

Орталық жүйке жүйесінің демиелинациялық аурулары, мысалы, нейромиелит оптика, панглиальды синцитийдің молекулалық компоненттерінің бұзылуына әкеліп соқтырады, бұл калийдің кеңістіктік буферін блоктауға әкеледі. Калий буферлеу механизмі болмаса, миелиндер жойылып, аксональды салютативті өткізгіштік тоқтаған жерде миелиннің калий тудыратын осмостық ісінуі пайда болады.[17]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Walz W (2000): артық калийді тазартудағы астроциттердің рөлі. Халықаралық нейрохимия
  2. ^ Козориз, М.Г., Д.С.Бейтс және т.б. (2006). «Калийді саңылау түйіспелі және қосылыссыз өткізу». Неврология журналы 26 (31): 8023-8024.
  3. ^ Чен, К.С және C. Николсон (2000). «Мидың жасушадан тыс кеңістігінде калий иондарының кеңістіктік буферленуі». Биофизикалық журнал 78 (6): 2776-2797.
  4. ^ Xiong, Z. Q. және F. L. Stringer (2000). «Глиальды кеңістіктік буферлеу емес, натрий сорғысының белсенділігі, кальцийді дентат гирусында туындаған эпилептиформды белсенділіктен кейін тазартады.» Нейрофизиология журналы 83 (3): 1443-1451.
  5. ^ Метеа, М.Р., П. Кофудзи және т.б. (2007). «Нейроваскулярлық қосылыс глиальды жасушалардан калий сифондау арқылы жүзеге асырылмайды». Неврология журналы 27 (10): 2468-2471.
  6. ^ Кофудзи, П. және Е.А. Ньюман (2004). «Орталық жүйке жүйесіндегі калий буферизациясы». Неврология 129 (4): 1045-1056.
  7. ^ Кофудзи, П. және Н.С. Коннорс (2003). «Глиальды жасушалардағы калийдің кеңістіктік буферлеудің молекулалық субстраттары». Молекулалық нейробиология 28 (2): 195-208.
  8. ^ Солессио, Э., К. Рапп және т.б. (2001). «Спермин тасбақа торының Мюллер жасушаларының калий каналдарында ішке қарай түзілуіне делдал болады». Нейрофизиология журналы 85 (4): 1357-1367.
  9. ^ Rash, J. E. (2010). «Панглиальды синцитий блогының калий сифондауының молекулалық бұзылысы және аксонды тұздайтын өткізгіштік: нейромиелит оптика және орталық жүйке жүйесінің басқа да диелинирлеуші ​​аурулары». Неврология ғылымы 168 (4): 982-1008.
  10. ^ Брю, Х және Д.Аттвелл (1985). «Глиаль-жасушалардағы калий арнасының таралуы калийдің кеңістіктік буферленуі үшін оңтайлы ма». Биофизикалық журнал 48 (5): 843-847.
  11. ^ Карвоски, Дж. Дж., Х. К. Лу және т.б. (1989). «Торлы Мюллер (Глиал) Жасушаларының Жарықпен Коздырылған Калийдің Кеңістіктік Буферациясы». Ғылым 244 (4904): 578-580.
  12. ^ Ньюман, Э.А., Д.А.Фрамбах және т.б. (1984). «Ретинальды глиаль-жасуша К + сифондау арқылы жасушадан тыс калий деңгейін бақылау». Ғылым 225 (4667): 1174-1175.
  13. ^ Winter, M., W. Eberhardt және басқалар. (2000). «Мюллер жасушаларының калийді сифондауының сәтсіздігі: перфторокарбонды сұйықтық тудыратын ретинопатияның жаңа гипотезасы». Тергеу-офтальмология және визуалды ғылымдар 41 (1): 256-261.
  14. ^ Кофудзи, П. және Е.А. Ньюман (2004). «Орталық жүйке жүйесіндегі калий буферизациясы». Неврология 129 (4): 1045-1056.
  15. ^ Xu, L., L. H. Zeng және басқалар. (2009). «Туберкулезді склероз кешенінің тышқан моделіндегі астроцитикалық саңылау байланысының және калий буферінің бұзылуы.» Аурудың нейробиологиясы 34 (2): 291-299.
  16. ^ Wallraff, A., R. Kohling және басқалар. (2006). «Гиппокампадағы калий буферлеуіне астроцитикалық саңылаудың қосылыс байланысының әсері». Неврология журналы 26 (20): 5438-5447.
  17. ^ Rash, J. E. (2010). «Панглиальды синцитий блогының калий сифондауының молекулалық бұзылысы және аксонды тұздайтын өткізгіштік: нейромиелит оптика және орталық жүйке жүйесінің басқа да диелинирлеуші ​​аурулары». Неврология ғылымы 168 (4): 982-1008.