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Diversidad Molecular y Funcional de Canales Iónicos Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal Escuela "José A. Balseiro" 2009 Modelado en Neurociencias Instituto Balseiro - Centro Atómico Bariloche San Carlos de Bariloche, 5 al 30 de octubre de 2009 Marcela S. Nadal, Ph.D Grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria

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Page 1: Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal · Diversidad Molecular y Funcional de Canales Iónicos Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal Escuela "José

Diversidad Molecular y Funcional de Canales Iónicos

Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal

Escuela "José A. Balseiro" 2009 Modelado en Neurociencias

Instituto Balseiro - Centro Atómico Bariloche

San Carlos de Bariloche, 5 al 30 de octubre de 2009

Marcela S. Nadal, Ph.DGrupo de Física Estadística e Interdisciplinaria

Page 2: Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal · Diversidad Molecular y Funcional de Canales Iónicos Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal Escuela "José

Yu and Catterall 2004

CANALOMA

de los canales sensibles a voltajey estruturalmenterelacionados

Otros voltage-gated: canales de cloro, receptores ionotrópicos, y metabotropicos?

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Hille, 2001; Yu and Catterall 2004

Canal de Sodio

Canal de Calcio

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structure of voltage-gated sodium channels

Yu and Catterall 2004

TTX, STX, μ-conotoxins

α-scorpion toxinsea-anemone toxin β-scorpion toxin

P

P

PP

P

PP

P

phosphorilation

β1β2β3β4

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mammalian Nav alpha-subunits

TTX location properties and function

S Brain, PNS AP upstrokeS Brain AP upstrokeS Brain, DRG, embr. neuropathic painS DRG, Brain fast act/inact, high threshold, pain S DRG, Brain low threshold, AP upstrokeS sk. Muscle skeletal muscle functionR heart heart functionR PNS (sensory) slow act/inact, low threshold, painR PNS pain sensationR DRG, uterus, glia Na+ / water balance (NaC)

amino acid homology:% identity to NaV1.2.

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Hille, 2001

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distribución subcelular de canales de sodio Nav

Huang, 2009; Rasband & Shrager, 2000

[Nav]

Nav channels

caspr

Kv channelsaxon

Schwann cell

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Huang, 2007

subcellular organization of inputs and ion channels in pyramidal neurons in the neocortex

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partially overlapping expression of two different Navsubunits in the AIS of Pyr cells

Nav1.2 Nav1.6

Wu et al., 2009

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especialización de NAv en el segmento inicial del axon

Wu et al., 2009

Nav1.2: high thresholdNav1.6: low threshold

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simulation of backpropagation of action potentials

Wu et al., 2009

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mecanismo de iniciacion de potenciales de accion en el segmento inicial del axon de una neurona piramidal

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subcellular targeting of synapses and Nav1.6 channels in cerebellar Purkinje

neurons

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persistent and recurrent Na+ currents

TTX

Do& Bean, 2003; Huang, 2009

“open state” during recovery from inactivation

incomplete inactivation (5% of channels)

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Do & Bean, 2003

slow inactivation of INa during basal spontaneous activity

79Hz 40Hz

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Grieco et al., 2005

mouse β4: aas158-166 of the cytoplasmic tail areKKLITFILKKTREK

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voltage-gated Ca2+ channels (VGCC)

Budde, 2002; Catteral, 2008

α1

β

α2

δ

γ

α1

β

δγ

α2

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Hille, 2001

Cav α subunit interacts with many other proteins

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CaV alpha subunits in vertebrates

adapted from Hille, 2001

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ICa at +10 mV from a holding of –50 mV

Budde et al., 2002

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burst firingtonic firing

-58 mV

Llinás and Jahnsen 1982

Page 22: Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal · Diversidad Molecular y Funcional de Canales Iónicos Aspectos Moleculares y Celulares de la Función Neuronal Escuela "José

Sherman 2005

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oscilaciones talamocorticales

Steriade, 2004

(TRN)

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ACh, NE

HA, Glu

McCormick and Pape 1990

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transient ICa2+ generates burst at hyperpolarized potentials

normal

TTX(no INa)

- 85 mV - 60 mV

-85 mV

-60 mV

-60 mV

Huguenard & MacCormick, 1994

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Rebound Burst Action Potentials Were Absent in the TC Neurons of low-threshold T-type Ca2 KO mice

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sites of interaction of different regulatory proteins on Cav subunits

Catteral, 2008

CaV2

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regulation of L-type Ca2+ channels by Ca2+ and P

Budde et al., 2002

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canales y transportadores de calcio

Hille, 2001

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Na+, Ca+2

K+, Cl-

signaling proteinsenzymes

contractionchannel gating

gene expressionsecretion of neurotransmitters

sensorial stimuli

neurotransmitters

othersignaling cascades

voltage-gated channels

ionotropicreceptors: iGluR, GABA

calcium sensors

metabotropicreceptors

other receptors

enzymesgene expression

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effects of Ca2+ and calmodulin on neuronal plasticity

Modulation of VG channels

synaptic plasticity

intrinsic plasticity

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Synaptic Cams