A szívizom L-típusú kalciumcsatornájának tetrodotoxin-érzékenysége

Absztrakt

Bevezetés: A tetrodotoxint (TTX) a gyors, feszültségfüggő Na+ csatornák legszelektívebb gátlószerének tekintik ingerelhető szövetekben, tehát ideg, váz- és szívizom szövetben, habár ez utóbbi TTX-érzékenysége legalább három nagyságrenddel kisebb az előzőekénél. Anyagok és módszerek: Jelen vizsgálatban az L-típusú Ca2+ áram (ICa,L) TTX-érzékenységét tanulmányoztuk konvencionális feszültség-clamp és akciós potenciál-clamp technikával kutya bal kamrából izolált szívizomsejteken, 37 °C hőmérsékleten. Eredmények: Az ICa,L-ot a TTX dózisfüggő és reverzibilis módon gátolta, az áram inaktivációs kinetikájának megváltoztatása nélkül. Az áramgátlás mértékét Hill-egyenlettel illesztve a IC50 értékre 55±2 µM-t, míg a Hill koefficiensre 1,0±0,04-et kaptunk. A TTX már 30 µM-os koncentrációban 8,61±1,09 pA/pF-ról 6,08±1,05 pA/pF-ra csökkentette az ICa,L-ot (n=4; p<0,01). Nizoldipin (1 µM) gátolta az áramot, megerősítve azt, hogy az valóban az ICa,L volt. Akciós potenciál feszültség-clamp körülmények között a TTX-érzékeny áram az ICa,L-hoz hasonló mintázatot mutatott, amely nizoldipin jelenlétében hiányzott. A csatorna foszforilációja nem befolyásolta a TTX gátló potenciálját, 3 μM forskolin jelenlétében 50±4 μM IC50 értéket kaptunk. 55 μM TTX (fiziológiás körülmények között a IC50 érték) savas közegben (pH=6,4) 60±2 %-os ICa,L gátlást okozott, míg lúgos közegben (pH=8,4) csak 26±2 %-os gátlást figyeltünk meg. Hasonlóképpen, 55 μM TTX redukáló közegben (glutation+aszkorbinsav+ditiotreitol, mindegyik 1 mM-os koncentrációban) 62±6 %-kal csökkentette az ICa,L amplitúdóját, ezzel szemben erős oxidálószer jelenlétében (100 μM H2O2) 31±3 % gátlást kaptunk. Ezen eredmények jó összhangban vannak a kötődési modellünk előrejelzésével, miszerint a TTX valóban a szív L-típusú Ca2+ csatornáinak szelektivitási filteréhez kötődik. Következtetések: Munkacsoportunk elsőként számolt be arról, hogy a TTX gátolja az L-típusú kalciumcsatornát szívizmon. Ezt a toxint azonban továbbra is széleskörűen alkalmazzák a kutatásban, mivel még mindig szelektívebb a Na+ áramra (INa) mint az ICa,L-ra. A kísérleti körülményektől függően viszont a TTX-nak a INa szelektív gátlására történő alkalmazása fokozott körültekintést igényel. A feszültségfüggő Ca2+ és Na+ csatornák egy közös evolúciós őstől származnak, ezáltal az ezen csatornákon ható szerek csekély szelektivitása a receptoraik intrinzik tulajdonságát jelzi, amelyet figyelembe kell venni a jövőben új, szívre ható gyógyszerek kifejlesztésekor akár az orvosi gyakorlatban, akár a kísérleti kutatásban. Background: Tetrodotoxin (TTX) is believed to be the most selective inhibitor of voltage-gated fast Na+ channels in excitable tissues, including nerve, skeletal muscle, and heart, although TTX-sensitivity of the latter is lower than that of the formers by at least three orders of magnitude. Experimental approach: In the present study the TTX sensitivity of L-type Ca2+ current (ICa,L) was studied in isolated canine ventricular cells using conventional voltage-clamp and action potential-clamp techniques, at 37 °C. Results: TTX was found to block ICa,L in a dose-dependent and reversible manner without altering its inactivation kinetics. Fitting results to the Hill equation an IC50 value of 55±2 µM was obtained with a Hill coefficient of 1.0±0.04. ICa,L changed from 8.61±1.09 pA/pF to 6.08±1.05 pA/pF in the presence of 30 µM TTX (n=4; p<0.01). The current was fully abolished by 1 µM nisoldipine indicating that it was indeed ICa,L. Under action potential voltage clamp conditions the TTX-sensitive current displayed a fingerprint of ICa,L, which was absent in the presence of nisoldipine. Phosphorylation of the channel protein (induced by forskolin) failed to modify the inhibitory potency of TTX, an IC50 value of 50±4 μM was found in the presence of 3 μM forskolin. TTX in 55 μM concentration (IC50 value obtained under physiological conditions) caused 60±2 % inhibition of ICa,L in acidic (pH=6.4), while only a 26±2 % block in alkaline (pH=8.4) milieu. Similarly, the same concentration of TTX induced 62±6 % suppression of ICa,L in a reductant milieu (containing glutathione + ascorbic acid + dithiothreitol, 1 mM each), in contrast to the 31±3 % blockade obtained in the presence of a strong oxidant (100 μM H2O2). These results are in a good accordance with the predictions of our model, indicating that TTX binds, in fact, to the selectivity filter of cardiac L-type Ca2+ channels. Conclusions: This is the first report demonstrating that TTX inhibits L-type calcium current in the heart. Since this toxin still appears to be more selective to Na+ current (INa) than ICa,L, it is widely applied in the biomedical research. However, extra care must be taken when using this agent to block INa selectively, depending on the experimental conditions. Since voltage-gated Ca2+ and Na+ channels derive from an evolutionary common ancestor, the poor selectivity of agents acting on these channels indicates an intrinsic property of drug receptors, which has to be taken into account when designing new cardioactive compounds for either medical therapy or experimental research in the future.

Leírás
Kulcsszavak
Kalciumcsatorna, Calcium channels, Tetrodotoxin, Nátriumcsatorna, Kutya szív, Feszültség-clamp, Kalciumáram, pH függés, Redox potenciál, Ionszelektivitás, Szívre ható szerek, Csatorna szerkezet, Sodium channels, Canine heart, Voltage clamp, Calcium current, pH dependence, Redox potential, Ion selectivity, Cardioactive drugs, Channel structures
Forrás