Funções fisiológicas dos canais de cloreto da família CLC | Medicina / Ciências

Med Sci (Paris) 2002; 18: 595-604

Funções fisiológicas dos canais de cloreto da família CLC

Funções fisiológicas de canais de cloreto CLC

Jacques Teulon * e Alain Vandewalle

Inserm U.426 e U.478, IFR 02, Faculdade de Medicina Xavier Bichat, 75780 Paris Cedex 18, França

* [email protected]

Resumo

A clonagem de um canal de cloreto no órgão elétrico do torpedo em 1990 permitiu a identificação de uma grande família de canais de cloreto cujos representantes também são expressos em bactérias e plantas ou mamíferos. Esses canais, chamados CLCs ou dependentes da tensão, têm uma distribuição de tis muito variada e podem ser expressas na membrana plasmática como nas membranas de organismos intracelulares. Sua descoberta recente significa que muitos aspectos da organização, as propriedades eletrofisiológicas e funções desses canais permanecem indeterminados. Tomamos reserva do presente artigo sobre os dados atuais, enfatizando três funções fisiológicas principais: o controle da excitação muscular, participação na absorção de cloreto no tubo renal e o envolvimento nos fenômenos endocitose.

Abstract

A clonagem de um canal de cloreto do órgão elétrico do peixe torpedo em 1990 permitiu a descoberta de uma vasta família molecular de canais de cloreto com uma expressão generalizada em organistas, como bactérias, plantas e mamíferos. Esses canais, denominados canais de cloreto dependente de tensão de ouro CLC, estão localizados tanto na membrana de plasma quanto nas membranas de várias organis intracelulares. Devido à sua recente descoberta, sua organização estrutural, propriedades eletrofisiológicas e funções não são totalmente insuficientes. Este artigo analisa o que é conhecido com a família CLC Chloride Chanal e coloca ênfase em três funções de mão: controle da excitabilidade muscular, absorção de cloreto no túbulo renal e envolvimento na endocitose.

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Em comparação com outros canais de íons, os canais CL têm jogado há muito tempo o papel de estranho, mas marginal. Isto é em parte devido a que as condutâncias são mais difíceis de detectar do que outras, mas também, mais fundamentalmente, às funções dos canais de canal da membrana plasmica são discretas na maioria dos tecidos. Fora do campo do sistema nervoso e seus receptores de tipo GABAA e glicina, duas variedades de tecidos são exceção: o músculo esquelético, tecido em que foi mostrado em 1960 que a condição cl representa cerca de 80% da condição total da membrana e epitélio. O papel fundamental dos canais CL nas estruturas epiteliais que absorvem ou secretam os clínas emergiram apenas mais tarde nos anos 1970-1980. É no final deste período que o isolamento do gene cujas mutações são responsáveis pelo regulador de condutância transmembrana de fibrose cística (CFTR), revolucionou o domínio dos canais CL e deu a magnitude que conhecemos hoje.

A família dos canais CLC (canal de cloreto) foi fundada ao mesmo tempo após a clonagem do cl-channel da linha Torpedos (CLC-0) por Thomas J. Jentch et al. (→). Os canais CLC são expressos em organismos como variados como leveduras, arcobactérias, bactérias, plantas e animais (Figura 1A). Por exemplo, existem 6 canais CLC no Caenorhabdite Elegans Nematode Ver e 9 canais CLC diferentes foram identificados em mamíferos. Eles se reagrupam em três subfamílias principais (Figura 1A). Sua estrutura secundária ainda não é totalmente elucidada (Figura 1 (b): O modelo inicial, que incluiu 13 segmentos hidrofóbicos transmembranares, foi modificado porque os segmentos S9-S12 constituem regiões hidrofóbicas massivas cuja organização é difícil de desvendar. Existem dificuldades análogas para o domínio S4 que, de acordo com os autores, é extracelular ou transmembranar. No total, os CLCs teriam 10 a 12 segmentos de membrana e um único local de glicosilação comum (Figura 1B). Há um consenso para admitir que a estrutura quaternária é pelo menos dimérica.

(→) m / s 1999, n ° 8-9, p. 1003

miniatura figura 1.

A família molecular dos canais de cloreto CLC. A.

Canais CLC do eixo filogenético. Três subfamílias foram identificadas.São representados os CLCs descritos em humanos (em vermelho) mais os de vários organismos: o verme Caenorhabdite elegans (CE), a planta Arabidopsis Tha-Liana (AT), o fermento Saccharomyces Cerevisiae (SC) e a bactéria Escherichia Coli ( CE). CLC-0 é o canal de órgão elétrico do raio torpedo. Os números designam as três subfamílias dos canais CLC. Caenorhabdite Eleganists tem 6 canais CLC: Quatro pertencem à subfamília 1 enquanto os dois últimos, não mostrados no diagrama, pertencem às subfamílias 2 e 3. B. topologia de membrana. A análise hidropática inicialmente identificou 13 domínios de hélice α, mas o segmento 13 é realmente intracelular. A localização do segmento 4 é controversa. Os padrões chamados CBS, inicialmente identificados na cystationine-b synthase, não têm função clara. Uma mutação nessas áreas está na origem de um endereçamento defeituoso da proteína CLC de levedura (GEF1), mas não tem efeito em outros CLPs. O canal que conecta S8 a S9 é um local de glicosilação para todos os canais CLC. C. Exibição ampliada dos segmentos 2-5 como é postulado por Christoph Fahlke e Alfred George. Observe a localização do ramo Transmem do S4 (não identificado como tal aqui). Cada letra representa um aminoácido (dependendo do código habitual). Qualquer substituição de aminoácidos nos pontos identificados em azul ou branco provoca uma mudança na seletividade aniônica. Em azul claro são representados aminoácidos cuja mutação aumenta a permeabilidade de sódio. A mutação de formação de direção substituindo uma glicina por um ácido glu-tamico na posição 230 é uma causa de miotôneas congênita, provavelmente devido ao aumento da permeabilidade de sódio resultante.

Os CLCs têm um tecido muito diversificado, uma distribuição celular e subcélula (Tabela 1). Isso sugere funções fisiológicas variadas, mas, por enquanto, são muitas vezes especulativas. O objetivo deste artigo é avaliar o Place des CLC na “fisiologia” dos canais CL, confiando nas três funções que, em mamíferos, são identificadas com segurança: estabilização do potencial de membrana no músculo esquelético (CLC-1 ), absorção de cloreto no túbulo renal (CLC-K2 ou CLC-KB) e acompanhando os fluxos de prótons em várias estruturas (CLC-5). A descrição de certas propriedades características dos canais CLC, no entanto, parecia necessária, não só porque seria estranho falar de canais iônicos sem se referir de uma vez ou outra para a eletrofisiologia, mas também porque essas propriedades ajudam. Ajudar a entender certos Traços fisiopatológicos.

Tabela I.

Características gerais dos canais de cloreto CLC de mamíferos. A distribuição do tecido dada não é exaustiva e pode variar de uma espécie para outra. As mutações CLC-7 estão na origem de duas formas de osteopetrose humana: uma forma autossômica recessiva e uma forma autossômica dominante (doença de albers-schönberg tipo II). A degeneração da retina não tem a mesma origem em todos os modelos de mouse com deficiência: No caso da invalidação do gene de codificação para CLC-2, é uma degeneração da camada externa pigmentada; No caso de CLC-3, uma degeneração da neuro-retina e, no caso de CLC-7, de uma compressão do nervo óptico que pode ser acompanhada por uma consecução da retina.

Canais ion com propriedades originais

As propriedades eletrofisiológicas dos canais CLC são conhecidas principalmente graças aos estudos sobre CLC-0, CLC-1 e CLC-2, os dados sobre Os outros CLCs são limitados, contraditórios ou ausentes.

Uma propriedade fundamental dos canais de íons é a sua seletividade, isto é, a capacidade de perder apenas certos íons e excluir os outros. Em geral, os canais aniônicos (incluindo os CLCs) excluem estritamente os catiões, mas mal discrimina os diferentes ânions, a relação permeabilidade entre a mais permeação e o menor íon de permeação raramente superior a 10. Bicarbonato é excepcional com uma permeabilidade 50 vezes mais reduzida do que a de CL- No caso do CLC-1. O estudo eletrofisiológico de canais CLC-1 CLC-1 mostrou que uma área do segmento S4 é responsável pela baixa permeabilidade às cátions (Figura 1C). Em certos pontos, a substituição de um único aminoácido aumenta a permeabilidade de sódio de um fator 6. Essa descoberta é importante para a compreensão dos mecanismos da seletividade aniônica.

CLC canais têm a particularidade de ter dois poros de condução por canal.É estudando o canal CL do membro elétrico (CLC-0) da linha de torpedo, purificada e reconstituída em bilayers lipídicos artificiais, que Chris Miller tem, o primeiro, observou que os nichos atuais produzidos por um único canal oscilado entre um nível fechado e dois níveis abertos, sendo um o dobro do outro (Figura 2a). A partir desse resultado surpreendente – um único canal deve produzir apenas slots de corrente de uma única amplitude – deduziu que cada canal CLC-0 tinha que ter dois poros distintos e independentes, chamados proto-poros.

Cristalografia Os canais CLC de bactérias confirmaram, resultados eletrofisiológicos mais diretos. Esta estrutura de canal duplo é original, já que, em geral, todas as subunidades de um canal de íon contribui para a formação de um único poro de condução.

O canal CLC-0, como muitos canais de íons, ativa rapidamente sob o efeito da despolarização (isto é, quando o potencial se torna menos negativo) (Figura 2C). No entanto, a sensibilidade da tensão não resulta da presença de um sensor de tensão integrada na proteína, como é o caso dos cátions cátions dependentes da tensão. A abertura de cada protetor do canal é, de fato, controlada pelo próprio CL, que atribui a dois sites de ligação localizados dentro do mesmo interior do poro de condução. O apego do anião no local mais profundo é influenciado pela diferença no potencial transmembrano, e é esse mecanismo que confere ao proto-pore sua sensibilidade à tensão. A diminuição na concentração clin-extracelular, tornando mais difícil anexar o clipe aos sites de ligação, tem o efeito de mover a curva de ativação para potenciais mais positivos (Figura 2C). O CLC-0s tem um mecanismo de segundo dependente de tensão que, ao contrário do primeiro, controla simultaneamente a atividade dos dois proto-poros: é uma inativação induzida por despolarizações de longo prazo (> 20 segundos) e levantado pela hiperpolarização (Figura 2B). Esta inativação é manifestada por longas interrupções de atividade (Figura 2a, denotada i).

miniatura Figura 2.

Propriedades eletrofisiológicas do CLC. A. Gravação de acordo com o tempo das correntes produzidas por um único cl-canal do órgão elétrico do torpedo, reconstituído em uma bicamadora lipídica artificial. A ordenada é expressa em picoamperes. A abertura de um único proto Pore produz um nicho de corrente (observado m para o meio) cuja amplitude dobra quando os dois proto-poros são abertos simultaneamente (noted u para up). D (para baixo): fechado; I: Inativado (gravação reproduzida). B. Visão esquemática da operação do canal CLC-0 (após). O canal é formado por dois prototakes que constituem um único canal. Cada proto-pore é fechado por uma barreira independente (em preto) que simboliza uma mudança de conformação; A fixação de CL- (Pellets Amarelos) em locais localizados dentro do proto-pore facilitam a abertura do último. O apego do anião é favorecido pela despolarização da membrana. Outra barreira (laranja) controla simultaneamente os dois proto-poros. As letras em cada diagrama referem-se ao registro mostrado na parte A. I: A barreira comum é fechada. O canal não lidera, que as barreiras dos proto-poros estão abertas ou não. M: A barreira comum é aberta. O canal pode passar ânions. No exemplo ilustrado, apenas uma das duas barreiras usadas pelos proto-poros está aberta. U: A barreira comum é aberta, bem como os dois proto-poros. A intensidade da corrente é dupla daquela observada em M. D: A barreira comum é aberta, mas os dois proto-poros são fechados. Nenhum passa atual. C. Influência dos íons extracelulares na probabilidade de abertura do proto-pore. A probabilidade de abertura do proto-pore aumenta com despolarização de acordo com o mecanismo explicado na Figura 2a. A diminuição do CL-move a curva de ativação para potenciais mais positivos. (adaptado de).

Se todos os canais CLC dependerem da tensão, o significado desta dependência dessa dependência e sua intensidade é variável de um canal para outro. Uma hipótese permite explicar essa diversidade: considera que todos os CLPs potencialmente têm os dois mecanismos (ativação / inativação) demonstrados para CLC-0, mas que seus respectivos pesos variam de um canal para outro. Em uma activação extrema e rápida por despolarização domina: este é o caso do CLC-1 (veja abaixo). No outro extremo, o levantamento da inativação por hiperpolarização domina: este é o caso do CLC-2, que é ativado com potenciais muito negativos.

Controle da excitabilidade muscular pelo canal CLC-1

As mutações do gene que codificam o canal de cloreto CLC-1 são responsáveis pelo homem de miotonia congênita (ou doença de Thomsen), que é Uma doença autossômica de uma prevalência dominante e muito rara e miotônea generalizada, mais frequente e recessiva. Essas doenças, que pertencem à classe de miotônias não distróficas, são manifestadas por uma rigidez muscular prolongada ocorrendo como resultado de um movimento voluntário. As manifestações são agravadas por descanso e gradualmente melhoradas pelo exercício. Este fenômeno é devido que os trens de potenciais de ação continuam a ser produzidos após a cessação do esforço e atrasar o relaxamento muscular. Curiosamente, há uma linha de cabras americanas que sofre de uma miotonia semelhante de um personagem dominante. Shirley Bryant et al. mostraram que: (1) a conduta cl de fibra muscular foi extremamente reduzida em cabras miotônicas; e que (2) a inibição farmacológica da condutância cortasse um fenótipo miotônico em cabras normais. Isso indicava que o miotônio provavelmente resultou de uma diminuição na condutância muscular esquelética, uma hipótese que foi confirmada ao mesmo tempo em biópsias do paciente. O mesmo grupo mostrou que uma estimulação elétrica de intensidade apropriada produz um único potencial de ação em uma fibra muscular de cabra normal, enquanto induz uma série de potenciais de ação em cabra miotônica (Figura 3A).

miniatura figura 3.

o canal CLC-1 e o miotôneo. A. Registros de potenciais de ação e potencial eletroto induzido pela estimulação elétrica em fibras musculares intercostais de cabra. A intensidade da estimulação elétrica aplicada à fibra muscular aparece sob cada registro e é expressa em nanoamperes (reproduzida, com a permissão de J Physiol). A: controle de fibra, apenas um potencial de ação é observado; B: fibra de um animal miotônico, vários potenciais de ação são desencadeados pela estimulação que tem três vezes menos intensidade; C: fibra de testemunha, um potencial de ação é observado nas fibras de controle quando o cloreto extracelular é substituído por um anião incondicional (os canais de cloreto não podem mais executar sua função). Esta situação reproduz a resposta observada em cabras miotônicas. B. Representação esquemática do canal CLC-1 e uma série de mutações equivocadas detectadas em pacientes com miotôneo. A primeira letra denota o código do aminoácido selvagem, o número, a posição e a segunda letra a substituição observada. Essas mutações, com exceção do G230 (Figura 1C), mova a curva de ativação para mais voltagens positivas. A mutação mostrada em roxo inverte a sensibilidade à voltagem do canal, mostrando um fenômeno dominante de ativação por hiperpolarização.

Como explicar essa influência de canais CL em potencial de ação? Na fibra muscular esquelética, a condutância cl- representa cerca de 80% da constância total de membrana em repouso e amortiza as variações do potencial de membrana, controlando assim a excitabilidade da fibra e combate ao efeito despolarizador do acúmulo de potássio. Em túbulos t, acúmulo que ocorre durante a excitação. Este efeito estabilizador desaparece quando o CL diminui. Uma corrente de estimulação inferior é suficiente para desencadear potenciais de ação. Pode-se notar que um papel semelhante na estabilização do potencial transmembrano é reproduzido pelo canal CLC-0 no membro elétrico do torpedo.

Trinta CLC-1 patógenos foram descritos no homem (Figura 3B). Este canal tem uma atividade (probabilidade de abertura) que aumenta com a despolarização de acordo com um perfil qualitativamente semelhante ao mostrado para o proto-pore CLC-0 (Figura 2C). No caso da forma dominante de miotonia, a conseqüência da mutação é, na maioria das vezes, um deslocamento da curva da probabilidade de abrir para potenciais mais positivos; Isso tem o efeito de diminuir consideravelmente o valor da condutância CL- para o potencial de descanso (mais de 50%). Uma mutação específica tem efeitos muito diferentes porque induz, além de uma diminuição na condutação por CL (que não se deve a uma alteração da dependência de tensão), um aumento acentuado da permeabilidade de sódio (Figura 1C e Figura 3B).Um aumento da entrada de sódio na fibra muscular não estimulada é provavelmente suficiente para causar série de potenciais de ação miotônicos.

O canal CLC-KB: participação na absorção renal de cloreto

Outra função dos canais Cl- é o transporte transpitelial de CL-. Este processo desempenha um papel fisiológico crucial no rim, uma vez que a ultrafiltração do plasma do sangue pelos glomérulos dos néfronas entrega a todos os túbulos renais um líquido (cerca de 180 litros por dia), rico em NaCl, que deve ser reabsorvido em sua quase todo. Esta operação é realizada de acordo com as modalidades variáveis ao longo do túbulo renal. No túbulo proximal, o transporte da luz do túbulo para a interstium é essencialmente desfiladeiro. Por outro lado, este transporte é trans-celular e implica a presença de canais cl – nas porções mais distal, um ramo inferior grande da alça de henle e tubo ignorada distal (Figura 4a). Em princípio, o mecanismo de transporte é baseado na existência de um transporte acoplado de CL-in a membrana apical e a combinação de uma bomba de Na +, K + -apase e condutores CL na membrana basolateral (Figura 4, BC). Estudos de fixação (→) Patch (→) destacaram dois CL-na parte cortical da filial de fundo inferior (Figura 4 (D) e um terceiro em sua parte medular. Por outro lado, não sabemos nada sobre os canais CL-DU TUBLES Bypassd Distal.

(→) m / s 1987, n ° 9, p. 538 e 1997, nº 10, p. 1157

miniatura figura 4.

Absorção transcelular de cloreto no túbulo renal. A. Diagrama de dois nefrônios do rim (adaptado de, com a permissão da AM J Physiol e do autor). A superfície da rede está acima, a papila abaixo. TCD: tubo contornado distal; Bola: porção larga do ramo ascendente da alça de Henle; Saco: porção de granizo do ramo ascendente da alça de Henle. Em preto, o tubo proximal. B. Diagrama do transporte de NaCl na bola. A luz do túbulo, que contém a urina na formação, é à esquerda do desenho, a interstium à direita. São representados: um co-transporte Na + -K + -2cl-, inibido por furosemida, bomba Na +, K + -atpase, condutores K + e uma condução clínica. O esquema é simplificado para facilitar a compreensão. C. Esquema de Transporte de NaCl no TCD. Um co-transporte Na + -Cl-, inibido por tiazides, está presente na membrana apical. D. Patch-Braçadeira Gravando “Canal individual” da atividade de dois canais Cl- na membrana de basolato-rale da bola. Esses canais diferem de sua condutância elementar: 9 Picosiemens em um caso, 40 picosiemens no outro caso. Um dos problemas atuais é estabelecer a correspondência entre os três canais endógenos e canais clonados.

Estudos de genética revelaram que alguns pacientes com síndrome de permuta usavam mutações do gene CLC-KB, um canal CLC, particularmente localizado na membrana basolateral do grande ramo de acendant. De Henle e o túbulo de desvio distal. A síndrome de permuta (→) é uma tubulação renal para transmissão autossômica recessiva, de gravidade variável, afetando as capacidades de transporte de alemão e diminuindo o poder da concentração urinária.

(→) M / S 1996, Não. 10, p. 1168

Além de uma excreção inadequada de NaCl (ou seja, um vazamento de sódio renal), esta síndrome é caracterizada por alcalose metabólica, uma hipocalemia de origem renal e um hiperaloteronismo secundário com pressão normal arterial. Essas características são a conseqüência de uma carga de nacl aumentada no néfron distal. Um quadro clínico menos severo, a síndrome de Gitelman (→) está relacionada a um túbulo ignorado distal. As mutações inativadoras do CLC-KB, embora ocasionalmente responsáveis pela forma mais grave (síndrome de troca pré-natal), geralmente estão associadas a uma troca “clássica” ou mesmo em um fenótipo misto de Bartter-Gitelman, menos graves. Em particular, não há tabela de nefrocalise e hipercalciúria, marca específica de síndrome de troca (e um ataque ao ramo ascendente da alça de Henle), não é constante. Portanto, é natural pensar que a heterogeneidade clínica vem do que a expressão de CLC-KB cobre esses dois segmentos tubulares, a menor gravidade que pode ser devido à presença de vários sistemas de transporte para o clônero.

(→) m / s1996, n ° 4, p. 541

Os dados de corrente inteira referem-se ao canal CLC-KB (CLC-K2 no mouse) como o principal responsável pelo transporte de CL- Nestes segmentos renais. Duas perguntas permanecem sem resposta.O primeiro diz respeito à identidade molecular, não resolvida até agora, os canais clínicos endógenos que foram caracterizados pelo grampo de patch (Figura 4D). O segundo é colocado pela existência perturbadora de um canal CLC-KA (CLC-K1 no mouse) com 90% de analogia com o CLC-KB e localizado nas mesmas zonas do rim. Este canal está envolvido em nenhuma doença humana. Os camundongos cujo gene CLC-K1 foi invalidado sofrendo de um diabetes nefrogénico inipid que seria devido a uma permeabilidade inteligente da porção de granizo do ramo ascendente da alça de Henle (Figura 4a).

CLC-5 Channel : Participação em endocitose renal de microproteínas

Se o papel fisiológico dos canais CLC-1 e CLC-K estiver ligado à sua localização na membrana celular, o estudo de uma doença renal, doença dentária (→), revelou a importância funcional dos canais CLC que estão localizados em membranas intracelulares. A doença dentária reúne várias entidades de nefrolitíase hereditária ligadas ao cromossomo relacionado com x (para revisão, ver), resultando em proteinúria e hipercalciúria acompanhada de alguns casos de um raquete ou osteomalácia com hipofosfatemia. Na maioria dos casos, a doença se manifesta pela infância e variavelmente evolui para a insuficiência renal. As proteínas excretadas são essencialmente proteínas de peso molecular (< 40.000 daltons) capazes de passar pelo filtro de glomerulula, e hipercalciúria é moderada.

(→) m / s 1996, No. 4, p. 542

Uma estratégia de clonagem posicional identificou um único gene responsável pelas quatro formas conhecidas da doença. A natureza da proteína codificada por este gene, o canal CL-CLC-5, causou uma certa surpresa, pois não deu explicações imediatas sobre o quadro clínico observado na doença dos dentes. Sabia-se, no entanto, que as proteínas filtradas pela glomerula são subtraídas da urina primitiva no tubo proximal por um endocito dependente do receptor de megalina, então direcionado ao compartimento lisossomal a ser degradado. O pH dos endossomos é mantido ácido graças à presença de uma bomba H + -apase e também foi assumido que uma condutação paralela cl, a bomba H +, deixada neutralizar a carga capacitiva da membrana vesicular induzida. Por o acúmulo intravenico de prótons (Figura 5a). Esses elementos servem como um fio condutivo, pode-se suspeitar que o canal CLC-5 estava envolvido em mecanismos endocitose e / ou transcytosis. A produção de anticorpos específicos contra este canal tornou possível verificar se o canal CLC-5 é realmente expresso nas células do túbulo proximal das crianças do rato, ao nível dos endossomos periféricos, onde coincide de preferência com a bomba. H + Vacuolar (Figura 5C). O envolvimento do Canal CLC-5 nos fenômenos de endocitose de proteínas filtradas foi então confirmado mais diretamente pela análise de linhas de mouse cujo gene de canal CLC-5 foi invalidado.

Várias observações experimentais e médicas permanecem inexplicadas. Em primeiro lugar, as anomalias do metabolismo de fosfato e cálcio encontradas durante a doença dos dentes não são totalmente compreendidas. Além disso, a função potencial de CLC-5, expressa dentro do tubo coletor nas células envolvidas na secreção ácida, é um desconhecido completo. Interrogação adicional deriva da presença, inexplicável até a data, do Canal CLC-5 nas células intestinais onde ele co-localiza com as bombas vacuolares H + nos endossomos (Figura 5D). Finalmente, as propriedades dos canais CLC-5 não são idealmente adaptadas a uma transferência de clipe de citosol até a luz do endossoma. De fato, o CLC-5 é inibido a pH ácido e parecem promover a produção de CL- para o citoplasma, em vez de sua entrada no compartimento endosmal (ver Figura 5B).

miniatura figura 5.

O canal intracelular CLC-5. A. A bomba H + permite a acidificação de vesículas intracelulares. Na ausência de um cl-channel, o acúmulo de cargas positivas na bexiga (pela transferência de prótons) induziria uma diferença no potencial elétrico através da membrana vesicular (positiva em relação ao citoplasma) que limitaria o acúmulo de prótons intravenic. A “carga capacitativa” da membrana vesicular pelos prótons é neutralizada pela entrada simultânea do CLC-5. B. Curva dando a corrente macroscópica produzida pelo CLC-5 recombinante expresso no oócito do xenope de acordo com o potencial imposto. Observe que as únicas correntes significativas são positivas: eles correspondem a uma entrada de CL- na célula.É admitido que a orientação do CLC-5 na membrana vesicular é a mesma que na membrana plasmica, isto é, que o lado citoplasmático da proteína permanece o mesmo. Nestas condições, uma corrente positiva no gráfico corresponde a um fluxo de CL-dirigido do compartimento intravenico para o citoplasma. Isso é contrário ao que é esperado. C. Localização intracelular de CLC-5 no tubule de desvio proximal de réde de rato. L: luz tubular. D. Localização intracelular de CLC-5 em Enterócitos de Rat. O CLC-5 Canal (em vermelho) está localizado principalmente em estruturas vesiculares concentradas acima do núcleo e não co-loca-lise com a sucasse-isomalase (em verde) usada como marcador da borda da escova. L: Luz do intestino.

Os outros canais CLC: Funções geralmente indeterminadas

CLC-2 é parte, como CLC-1 e CLC-K, da primeira subfaminação CLC (Figura 1A). Apenas se abre para muito pouco potenciais muito negativos fisiológicos. No entanto, a atividade fisiológica é possível em meio ácido ou hipo-osmolar; Aumenta com a concentração de cl-intracelular. Um clutório atual para aquele produzido pelo CLC-2 só foi descrito em alguns tipos de células, mas é admitido que o CLC-2 é onipresente. Três funções foram propostas: (1) participação na secreção de HCl no estômago; (2) Controle da concentração do intracelular em certos tipos neuronais com a modulação da resposta inibitória gabaérgica; e (3) secreção de epitélios CL-in. Esta última hipótese tem certa popularidade. O CLC-2 é de fato expresso em vários tecidos epiteliais que são alvo de fibrose cística e é então localizado na membrana apical. O CLC-2 poderia, portanto, substituir a CFTR (Regulador de Condutância Transmembrana da Fibrose Cística) em indivíduos com fibrose cística. De fato, a investigação anatomo-fisiológica dos camundongos cujo gene CLC-2 foi invalidada, em vez de um papel na barreira hematospermica (células de sertoli, células de Leydig) e na camada pigmentada externa da retina. Neste último caso somente, foi demonstrado com segurança que o CLC-2 foi responsável por uma secreção de Cl-.

Os outros canais CLC, aqueles pertencentes às subfamílias 2 e 3 (Figura 1A), principalmente localizando As membranas de organisomas intracelulares: endossomos e lisossomos perinucleares (CLC-3, CLC-7), vesículas sinápticas (CLC-3), retículo endo-plasmico (CLC-6) e aparelho Golgi (GEF1, CLC Channel of the Leve Saccharomyces Cerevisiae ). Suas funções precisas permanecem a ser determinadas. A análise fisiológica dos modelos de mouse com genes CLC-3, CLC-5 e CLC-7 foi invalidada (Tabela I), por exemplo, produz resultados mistos. Como Kornak et al apontou. Os ataques fenotípicos são pontuais e não parecem afetar os processos de endocitose como um todo, apesar de uma ampla distribuição de tecidos desses canais. Assim, a capacidade de acidificação do compartimento lisossomal é retida em camundongos cujo gene CLC-7 foi invalidado, embora este canal seja normalmente expresso em lisossomas. Isso sugere a participação de outros canais CL, da família CLC, ou outras famílias de canais cl-intracelulares. Actualmente, é admitido que a função dos canais clin-intracelulares é neutralizar os prótons transportados pelas bombas vácuo H +. Outras funções, no entanto, são concebíveis. No caso de Saccharomyces cerevisiae, por exemplo, tem sido sugerido que o Clin-IntravÉsicular catalisaria a incorporação de cobre a uma metalo-oxidase, Fet3p, que dá uma função de moduladores ao canal GEF1 através do controle da concentração da concentração. Concentração de Cl – Intravélicular.

A localização intracelular dos CLCs da segunda e terceira subfamílias não é necessariamente exclusiva. Há muito tempo considerado que o CLC-3 foi implantado nas membranas plasmáticas de muitas células e sustentando as correntes se agravam por um aumento no volume celular. Esta hipótese é agora abandonada (veja no entanto). Por outro lado, um estudo recente de CLC-4 sobre a membrana plasmática apical de células intestinais e sugere que poderia participar da secreção de Cl- neste epitélio. Uma localização complementar na membrana plasmica também é demonstrada para CLC-7. O CLC-7 é expresso na membrana lisossomal, mas também na borda plissada de osteoclastos. Esta membrana plasmática especializada transporta muitas bombas H + -apases que garantem a acidificação de lacunas extracelulares onde a reabsorção óssea é realizada (→).As mutações CLC-7 são responsáveis por osteopetrips em humanos e a invalidação CLC-7 em camundongos induz osteopetrose severa. Os osteoclastos então têm membranas plissadas mal desenvolvidas e não formam lacunas de reabsorção. Além disso, ao contrário dos osteoclastos de ratos normais, os osteoclastos da cultura, de camundongos cujos genes CLC-7 foram invalidados, são incapazes de acidificar o meio extracelular. Este último resultado parece confirmar que o canal CLC-7 é necessário para a operação adequada das bombas H + na membrana plissada.

(→) m / s 2001, n ° 12, p. 1260

O Barttin, uma subunidade reguladora do canal CLC

Os canais iônicos são mais frequentemente complexos de proteína formados por subunidades condutivas (subunidades α participantes da formação de poros de condução) e proteínas regulamentares acessórias (subunidades β). No caso dos canais CLC, a existência de proteínas reguladoras foi fornecida, mas não comprovada. A recente descoberta de uma proteína que especificamente associada aos canais CLC-K (mas não CLC-1, CLC-2 ou CLC-5) é, portanto, importante e dá nova iluminação à Organização CLC (→). Esta proteína chamada Barttine tem uma estrutura totalmente diferente dos canais CLC e compreende apenas dois segmentos transmembranares; Não tem atividade de canal por si só, mas promove a inserção dos dois CLC-KS para a membrana plasmica. Isso explica um posteriori por que os canais CLC-K humanos e seus ortolistas murinos não produzem se agarras (ou correntes fracas) quando expressas sozinhas no xenope oócito. As mutações do gene Barttine induzem síndrome de permuta grave (forma pré-natal), acompanhada de nefrocalcinose e associada à surdez neurossensor. Em camundongos, a Barttin localiza-se na membrana basolateral das partes do tubo renal que expressam o CLC-K e as células marginais da raia vascular da orelha interna (onde também co-localiza com esses dois canais).. O Barttin é atualmente a única subunidade regulamentar dos canais CLC que foi identificada, mas é provável que outras proteínas desse tipo seja descoberta no futuro.

(→) m / s 2002, n ° 2 p. 163

conclusões

no final deste horizonte, deve ser lembrado que a distribuição dos canais CLC é muito diversificada, uma vez que os canais CLC foram descobertos, não apenas em mamíferos, mas também Em plantas, bactérias, leveduras ou em Caenorhabdite elegans. Não há dúvida de que a pesquisa sobre esses canais provavelmente nos ensinará muito sobre a fisiologia desses organismos e, ricochet, sobre a operação e propriedades dos CLCs de mamíferos. Isto é particularmente verdadeiro de Caenorhabdite Elegans que, com seu diretório celular limitado e 6 canais CLC, é uma ferramenta de análise de primeira escolha.

Em segundo lugar, no estado atual do conhecimento, a contribuição CLP para processos fisiológicos ocorrendo na membrana de plasma é relativamente modesta comparada com a de outros canais CL. O CFTR e os canais se apegam por cálcio intracelular (CL-CA) desempenham um papel importante nos epiteliais separadores dos respectivos controles do amplificador cíclico e do cálcio. Os canais de CLCA são, além disso, expressos no tecido cardíaco e no músculo liso. Outro canal, o canal limpo por um aumento no volume celular foi observado em muitos tipos de células, ao ponto que pensamos onipresente. Portanto, é, por conseguinte, nas membranas de organismos intracelulares que o papel dos canais CL-CLC parece potencialmente o maior e mais original.

Finalmente, os canais CLC não são apenas interessantes por suas funções fisiológicas. Mas também Pela originalidade de sua organização: duplo poro, modulação de atividade pelo permeamento de ânion. Vamos apostar que futuros pesquisas trará seu lote de descobertas estimulantes e nos ajudará a entender melhor os arcanos do funcionamento dos canais CL e a seletividade aniônica, um problema fundamental e não resolvido da biofísica dos canais.

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listade des Tableaux

Tableau I.

Caractéristiques Générales des Canaux clorure CLC des mamíferos. LA Distribuição Tissulaire Donnée N’est Pas Exaustivo Et Peut Varier d’Une Espèce à l’autre. Les Mutations de CLC-7 Sont à L’Origine de Deux Formes D’OstéOpétrose Humaine: UNE Forme à Autosomique Récessif et une Forme à Autossómique Dominant (Maladie d’Albers-Schönberg Tipo II). La DégenéRescence Rétinienne N’a Pas La Même Origine Tous Les Modèles de Souris Invalidées: Dans Le Cas de L’Invalidação Du Gène Codificação Deite CLC-2, Il S’Agit d’Une Dégénerescence de la Couche externle pigmentée; Dans Le Cas de CLC-3, Dans Le Cas de CLC-7, Dans Le Cas de CLC-7, Dans Compression du Nerf Optique Qui Peut être Accompandee D’une Atteinte de la Rétine.

figuras do SLOTE DES

miniatura figura 1.

la famille moléculaire des canaux clorure clc. A.

Arbre Phylogénétique des Canaux CLC. Trois Sous-familles Ont Été Identifiées. Sont Resprésentés Les CLC DÉCRITS CHEZ L’Homme (en Rouge) Mais Ceux d’UN Certa Nombre d’Organismos: Le Ver Caenorhabdite Elegans (CE), La Plante Arabidopsis Tha-Liana (AT), La Levure Saccharomyces Cerevisiae (SC) ET La Bactérie Escherichia Coli (CE). CLC-0 Est Le Canal de L’Organe Életrique de la Raise Torpille. Les Numéros Désignent Les Trois Sous-familles des Canaax CLC. Caenorhabdite Elegans Possède 6 Canaux CLC: Quatre Appartiennent à la Sous-Famille 1 Tandis Que Les Dex Derniers, Non Représentés sur Le Diagramme, Appartiennent Aux Sous-Familles 2 E 3. B. Topologie Membranaire. L’Analisar Hydropathique Um Início Identifié 13 Domaines en hélice α Mais Le Segmento 13 Est Fait Intracelulaire. La Localização Du Segmento 4 Estrassée. Les Motifs Appelés CBS, Identifiés Au Départ Dans La Cystationine-B Synthase, N’ont Pas de Fonction Claire. UNE MUTATION Dans CES Domaines Est à l’Origine D’Unitressage Défectoux de la Protéine CLC de Levure (GEF1) Mais N’a Pas D’Affet Sur D’Autres CLC. La Chaîne Reliant S8 à S9 est Site de glicosilação Despeje Tous Les Canaux CLC. C. VUE AGRADIE DES segmentos 2-5 Telle Qu’elle Est Postulée Par Christoph Fahlke et Alfred George. Noter La Localização Transmem-Branaire du S4 (não identifié en ting Tel ICI). Chaque Lettre Représente da ONU Acide Aminé (Selon Le Code Haitel). TUTE Substituição d’Acide Aminé Sur Les Points Identifiés EN BLEU OU Blanc Entraîne UNE MUDANÇA DE LA SÉLECTIVITÉ ANIONIQUE.Em azul claro são representados aminoácidos cuja mutação aumenta a permeabilidade de sódio. A mutação de falsa substituição de uma glicina com um ácido glu-tamico na posição 230 é uma causa de miootonia congênita, provavelmente devido ao aumento da permeabilidade de sódio resultante.

no texto
miniatura Figura 2.

Propriedades eletrofisiológicas do CLC. A. Gravação de acordo com o tempo das correntes produzidas por um único cl-canal do órgão elétrico do torpedo, reconstituído em uma bicamadora lipídica artificial. A ordenada é expressa em picoamperes. A abertura de um único proto Pore produz um nicho de corrente (observado m para o meio) cuja amplitude dobra quando os dois proto-poros são abertos simultaneamente (noted u para up). D (para baixo): fechado; I: Inativado (gravação reproduzida). B. Visão esquemática da operação do canal CLC-0 (após). O canal é formado por dois prototakes que constituem um único canal. Cada proto-pore é fechado por uma barreira independente (em preto) que simboliza uma mudança de conformação; A fixação de CL- (Pellets Amarelos) em locais localizados dentro do proto-pore facilitam a abertura do último. O apego do anião é favorecido pela despolarização da membrana. Outra barreira (laranja) controla simultaneamente os dois proto-poros. As letras em cada diagrama referem-se ao registro mostrado na parte A. I: A barreira comum é fechada. O canal não lidera, que as barreiras dos proto-poros estão abertas ou não. M: A barreira comum é aberta. O canal pode passar ânions. No exemplo ilustrado, apenas uma das duas barreiras usadas pelos proto-poros está aberta. U: A barreira comum é aberta, bem como os dois proto-poros. A intensidade da corrente é dupla daquela observada em M. D: A barreira comum é aberta, mas os dois proto-poros são fechados. Nenhum passa atual. C. Influência dos íons extracelulares na probabilidade de abertura do proto-pore. A probabilidade de abertura do proto-pore aumenta com despolarização de acordo com o mecanismo explicado na Figura 2a. A diminuição do CL-move a curva de ativação para potenciais mais positivos. (adaptado a).

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miniatura figura 3.

O Canal CLC-1 e Myotony. A. Registros de potenciais de ação e potencial eletroto induzido pela estimulação elétrica em fibras musculares intercostais de cabra. A intensidade da estimulação elétrica aplicada à fibra muscular aparece sob cada registro e é expressa em nanoamperes (reproduzida, com a permissão de J Physiol). A: controle de fibra, apenas um potencial de ação é observado; B: fibra de um animal miotônico, vários potenciais de ação são desencadeados pela estimulação que tem três vezes menos intensidade; C: fibra de testemunha, um potencial de ação é observado nas fibras de controle quando o cloreto extracelular é substituído por um anião incondicional (os canais de cloreto não podem mais executar sua função). Esta situação reproduz a resposta observada em cabras miotônicas. B. Representação esquemática do canal CLC-1 e uma série de mutações equivocadas detectadas em pacientes com miotôneo. A primeira letra denota o código do aminoácido selvagem, o número, a posição e a segunda letra a substituição observada. Essas mutações, com exceção do G230 (Figura 1C), mova a curva de ativação para mais voltagens positivas. A mutação mostrada em roxo inverte a sensibilidade à tensão do canal, mostrando um fenômeno de ativação de hiperpolarização dominante.

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Miniatura Figura 4.

Absorção de cloreto transcelular no túbulo renal. A. Diagrama de dois nefrônios do rim (adaptado de, com a permissão da AM J Physiol e do autor). A superfície da rede está acima, a papila abaixo. TCD: tubo contornado distal; Bola: porção larga do ramo ascendente da alça de Henle; Saco: porção de granizo do ramo ascendente da alça de Henle. Em preto, o tubo proximal. B. Diagrama do transporte de NaCl na bola. A luz do túbulo, que contém a urina na formação, é à esquerda do desenho, a interstium à direita.São representados: um co-transporte Na + -K + -2cl-, inibido por furosemida, bomba Na +, K + -atpase, condutores K + e uma condução clínica. O esquema é simplificado para facilitar a compreensão. C. Esquema de Transporte de NaCl no TCD. Um co-transporte Na + -Cl-, inibido por tiazides, está presente na membrana apical. D. Patch-Braçadeira Gravando “Canal individual” da atividade de dois canais Cl- na membrana de basolato-rale da bola. Esses canais diferem de sua condutância elementar: 9 Picosiemens em um caso, 40 picosiemens no outro caso. Um dos problemas atuais é estabelecer a correspondência entre os três canais endógenos e canais clonados.

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miniatura figura 5.

o canal intracelular CLC-5. A. A bomba H + permite a acidificação de vesículas intracelulares. Na ausência de um cl-channel, o acúmulo de cargas positivas na bexiga (pela transferência de prótons) induziria uma diferença no potencial elétrico através da membrana vesicular (positiva em relação ao citoplasma) que limitaria o acúmulo de prótons intravenic. A “carga capacitativa” da membrana vesicular pelos prótons é neutralizada pela entrada simultânea do CLC-5. B. Curva dando a corrente macroscópica produzida pelo CLC-5 recombinante expresso no oócito do xenope de acordo com o potencial imposto. Observe que as únicas correntes significativas são positivas: eles correspondem a uma entrada de CL- na célula. É admitido que a orientação do CLC-5 na membrana vesicular é a mesma que na membrana plasmica, isto é, que o lado citoplasmático da proteína permanece o mesmo. Nestas condições, uma corrente positiva no gráfico corresponde a um fluxo de CL-dirigido do compartimento intravenico para o citoplasma. Isso é contrário ao que é esperado. C. Localização intracelular de CLC-5 no tubule de desvio proximal de réde de rato. L: luz tubular. D. Localização intracelular de CLC-5 em Enterócitos de Rat. O CLC-5 Canal (em vermelho) está localizado principalmente em estruturas vesiculares concentradas acima do núcleo e não co-loca-lise com a sucasse-isomalase (em verde) usada como marcador da borda da escova. L: Luz do intestino.

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