Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál

1. Ion-eloszlás, transzmembrán potenciál μi = μistd + RT ln ai Kémiai potenciál Elektrokémiai potenciál Nernst Goldman-Hodgkins-Katz Szemipermeábilis membránon át egyensúlyi ioneloszlás (egyensúlyi potenciál kb), ha az ionok szabadon mozoghatnak a membránon át (Nernst) Zárt ioncsatornák; működő ionpumpák, transzporterek: adott ion mozgása „gátolt” : p=permeábilitást jellemző faktor (Goldman-Hodgkins-Katz)

2. Neurális Őssejt (NE-4C) Radiális glia VZ: E12-18 Asztroglia, SVZ felnőtt Fiatal Neuron cortex (E18) -25 - -70 mV -57 - -77 mV - 85 mV -65 mV RMP [mV] IR 54 ±33 MΩ 138 ± 6.9 MΩ 34,4 ±2,7 MΩ 15-20 GΩ Jelitai, 2007 Noctor, 2002 Bordey, 2007 Owens, 1996 Alvarez-Buylla et al., 2001, Nature Reviews

3. 6 db Connexin → connexon (hemichannel) • 1 kDa-ig átjárható • Permeabilitás, feszültségfüggés: cx összetétel • Posttranslációs módosítások, foszforilációs folyamatok • Pannexinek Px1, Px2 Söhl, Nature Reviews 2005 • VZ clusterei • Felnőtt SVZ: GJ kapcsolt csoportok • „Cx43 osztódó sejtek általános jellemzője” • Fejlődés során kapcsoltság csökken (E15 rat) • bFGF – cx43 upreguláció • Posztmitotikus neuronok migrációja RG, RMS • Fejlődő kéreg: aktivitás terjedés, szinkronizáció • Időben-térben változó cx. kifejeződés • Sejttipusonként változó cx. kifejeződés • Neuronális: cx36, cx32, cx.26, cx43, cx45, cx57 • Asztroglia: cx43, cx26, cx30 • Oligodendroglia: cx29, cx32, cx47 • Neurális progenitorok: cx43, cx36, cx26, cx45, cx46, cx37

4. Gap Junction Funkciók Giepmans B.N.G., Cardiovas.res. 2004

5. Gap Junction Funkciók GJ Ca2+ hullám generálás • VZ: ATP ürülés • P2Y1 R aktiválódik a szomszédokon • IP3 mediált Ca2+ ürülés a raktárakból • Ca2+ hullám ν, méret, távolság növekszik fejlődés során • E16 rat: GJ block → S fázisba lépés csökkent Elias, Kriegstein; TINS 2008

6. Ős/progenitorsejtek: Gap Junction (GJ) kapcsoltak nagy, szimmetrikus, passzív konduktancia I (nA) pass passD Alexa Fl. h. 594 pass+VD +20 -70 V (mV) -160 pass (szimm. passive ionáram) passD (passive decaying) passD + VD (voltage dependent) ♦ ▲ ● 1 nA 10 ms Jelitai 2007

7. + GJ blokkoló GRA + GJ blokkoló GRA Gap Junction Passzív konduktancia a GJ kapcsoltságnak köszönhető Szimm. Passzív ionáramú őssejt PassD+ VD (fesz függő csat.) őssejt Outward káliumáram mérhető VD csatornákat intracelluláris ion-változások aktiválják? GRA: 18b-glycyrrhetinic acid passD+VD: időben lecsengő passív konduktancia + feszültségfüggő ionáram

8. Feszültségfüggő ioncsatornák LY Alexa fl. h. 594 RA2 RA2 feszültség függő ionáramok szimm. passzív ionáramú progenitor Merge nestin Alexa 594 0,1 nA 10 ms 1 nA 10 ms Neurális irányban elkötelezödő progenitorsejtek (RA2):

9. I (pA) kontroll Outward káliumáram Vm (mV) pA mV 0,4 nA 10 ms I (pA) Na+ RA2 Vm (mV) Inward rectifier káliumáram (KIR) Na+ TTX Na+ RA6 kontroll Ba+ 0.1 nA 0.4 nA 1 ms 10 ms Feszültségfüggő ioncsatornák Nátriumáram (INa) ▲

10. + N C + + N C + + + + + + N C C C N N + + + + + + + + + + + + + + + + N C Feszültségfüggő ioncsatornák protoncsatorna Ős – káliumcsatorna Hv1 Feszültségfüggő Inward rectifier Two-pore káliumcsatornák kálciumcsatorna nátriumcsatorna

11. Feszültségfüggő káliumcsatornák (75 gén)

12. TÍPUS INWARD RECTIFIER TANDEM PORE=two-pore,KCNKX FESZÜLTSÉG AKTIVÁLT CALCIUM AKTIVÁLT Kir1.x Kir2.x Kir3.x:GIRK Kir4.x Kir5.x Kir7.x AL-TÍPUS Kir6.x: ATP-szenzitív K2P1.x-?: TREK TRAAK TASK TWIK TALK THIK Kv1.x-12.x Kv11.1=HERG (DR, ether-a-gogo related pot. ch, inward rectifier) Kv7.x: KCNQ (DR) Kv5.x, 6.x, 8.x, 9.x: modifier: önállóan nem alkot big konduc-tance: BK (100-300 pS) Intermedi-ate kond: IK (10-40pS) small kond: SK (4-14 pS) Kv1.1-3, 1.5-3.2: Delayed Rectifier Kv1.4, 3.3-4.3:A-type = transient outward 4 x 2 x 4 x 4 x SZER-KEZET Alegy-ség 4x 2tm (M1-M2) domén 4x 2tm (M1-M2) domén + SUR 2x 4tm domén 4x 6tm (S1-S6) domén, S4 a feszültségszenzor +béta alegység (intracellulásisan) 4x 6tm (S1-S6) (+S0 BK-ban)domén,hosszú C-terminális + béta alegység (2tm) + + ÁLT. JEL-LEM-ZŐK 15-30pS, -65 mV alatt van nyitva, membránpot stabilizálása, [K+]extracellcsökkentése, neuron, szív 25-80 pS, ATP gátolja csatorna nyitását, SUR receptor érzé-keli, pancre-as, izom, ér, szív, agy 5-70 pS, Nyugalmi membrán-potenciál stabilizálás, háttér K-áram, open rectifier A-type:20 pS, gyors aktiváció és inakt. Akciós pot. felfutás gátló DR: 5-27 pS, delayed rect. Lassú aktiváció+ ’nincs’ inakt. Akciós pot. lefutás elősegítés KCNQ: 5-7 pS, M-áram: lassú aktiváció+inakt, ingerlékenység befolyásolása Akciós pot. repolari-zációt segíti 0.4 M [Ca2+ic] aktiválja SM: spike trainek utánafter-hiperpolarizáció + + + + + + N N C C C C N N FESZ. ÉRZÉ-KENY-SÉG erős, befelé rektifikál , de nincs feszültség-szenzor! enyhe, befelé rektifikál enyhe, kifelé rektifikál van van nincs

13. K+ ionáramok Feszültségfüggő Outward Káliumáramok (Kv) „A” - tipusú Káliumáram Delayed Rectifier Káliumáram pA pA kontroll kontroll 4-AP TEA mV mV TEA: Tetraethylammonium chloride 4-AP: 4-aminopyridine

14. IC klorid koncentráció E16 VZ: 37 mM, CP: 29 mM E19 CP: 24 mM P0: 19 mM P16: 12 mM Blaesse et al., 2009 Cl- ionáramok Owens et al, 1998

15. ClC1-7, ClCKa, ClCKb Nilius, Droogmans, 2003 • ClC2 E15 CP truncated forma • KCC2, KCC3 GABA swich • NCBE: E12, KCC2 előtt • Klorid ATP-áz E18 kimutatható • NKCC1 embrionális fejlődés során megjelenik Cl- ionáramok Cl- channels:Br J Pharmacol. Nov 2009; 158(Suppl 1): S130–S134.

16. IIIb tubulin Dapi NKCC1 4C RA4 Dapi NKCC1 4C RA10 50 µm 30 µm Cl- ionáramok IC: KCl → Kgluconate EC: NaCl → Nagluconate Kloridion mentes EC oldat Feszültségfüggő kloridáram

18. Kezdetben „spontán” oszcillációk • Később VD, Ligand-függő ioncsatornák műk. • EC: L,N, P/Q,R, T ioncsatornák • IC: IP3R, RyR E12 kifejeződnek, neurogenezis, osztódás szabályozása • L type: blastula, grastula, irsz. iniciálása • Fejlődésbeni folyamatok fontosak Ca2+ ionháztartás • IP3R1,2,3 mRNS E11; E13 fehérje VZ-MZ különböző, funkció E13-tól VZ, CP • RyR1,2,3 mRNS, fehérje E13-tól, funkciót csak PP-ben (E13) • Egyedi sejtek Ca2+ fluktuáció, független • Szomszédos sejtek párban, szinkron Ca2+ válasz • Sejt clusterek, szinkron koordinált Ca2+ fluktuáció

19. Ca2+ homeosztázis • mES sejteken, VZ, irsz. iniciálásában szerepe vana Ca fluktuációnak • IC Ca raktárak receptorai előbb funkcionálisak, mint VD Ca ioncsatornák • IP3R-ok előbb működőképesek, mint RyR-ok • ER Ca2+-ATP-áz nagyon korán funkcióképes • Plazmamembrán Ca2+ pumpák, Na+/Ca2+ exchanger hamar működőképes és fenntartják az IC alacsony Ca szintet

20. Albrieux et al, 2004 VD Na+ csatornák E12 mouse Calretinin pozitiv sejtek funkcionális Na csatorna, reelin pozitív sejtek 41 % Na áram Nav1.3

21. VD Na+ csatornák E14 rat VZ • Na áram előbb mint Tubulin • Főleg CP sejtjei, migráló prekurzorok • Embrionálisan SCN3/ Nav1.3 • TTX sensitive • Nem kapcsolt • A sokszorosan kisebb • Na áram lefutása hosszabb Bahrey, Moody, 2003