Canales Iónicos: Diversidad y Función FSN 2016 Eleonora Katz Corrientes capacitivas corrientes de gating Corrientes iónicas durante el pulso de voltaje y corrientes de cola “tail currents” Corrientes capacitivas Nigro&Magistretti 2012 Corrientes de “gating” Corrientes iónicas: protocolos para curvas I-V, curvas de activación e inactivación Figure 3. Developmental profile of the components of the outward current. (A) Left, I–V currents obtained with the following voltage protocol: currents in response to test pulses from 2120 to 100 mV with increments of 20 mV, from a resting potential of 280 mV. (A), middle, same protocol as in A-left, except that a pre-pulse to 240 mV was used, leaving only the non-inactivating component. (A), right. IA currents were obtained by subtraction. (B) The non-inactivating and inactivating components of the outward currents were measured as a function of postnatal day of development. The conductance was assayed at 100 mV where both components of the non-inactivating outward current are fully activated. Functional Upregulation of Ca2+ -Activated K+ Channels doi:10.1371/journal.pone.0051610.g003 in the Development of Substantia Nigra Dopamine Neurons Jose´ A. Ramı´rez-Latorre¤* 2012 Tail currents “corrientes de cola” Distribución subcelular de canales iónicos: Qué tipo de canales están presentes en una neurona en particular? Adónde se localizan estos canales (soma, axón , dendritas, terminal sináptico)? Los distintos tipos de canales iónicos y su distribución subcelular determinan en gran medida el comportamiento electrofisiológico de una neurona. Las neuronas tienen diversas conductancias activas: Diferentes corrientes iónicas presentes en el cerebro de mamíferos Corrientes de Na Spinal Sensory Neurons Express Multiple Sodium Channels I Figure 1. Different types of DRG neurons display different types of voltage-gated sodium currents. A: Patch clamp recording showing fast, TTX-sensitive sodium current (left) together with corresponding steadystate activation and inactivation curves, from a muscle afferent (right). B: Slow, TTX-resistant sodium current from a small 1B4+ DRG neuron. C: Sodium currents from an 1B4× small DRG neuron that exhibited both fast, TTX-sensitive and slow, TTX-resistant components. Differences can be appreciated both in the recordings and in the steady-state activation and inactivation curves. Different sodium channels produce the different currents. Voltage-gated sodium channels and the molecular pathogenesis of pain: A reviewStephen G. Waxman, MD, PhD; Theodore R. Cummins, PhD; Sulayman D. Dib-Hajj, PhD; Joel A. Black, PhD 2010 Aquí tienen 7 canales en el patch Canales de calcio dependientes de voltaje Modulación de corrientes HVA de tipo L por dihidropiridinas Células DRG de pollo (config: cell-attached) El Bay K (modulador positivo) aumenta el tiempo en el cual el canal permance abierto sin afectar la conductancia unitaria. Como afectaría esta droga la G macroscópica? Los canales de tipo L son modulados positivamente por fosforilación Canales de K+ Mamíferos Canales de K+ 0 mV 500 ms (-80 a +60 mV) Se grafican sólo las respuestas en condiciones simétricas de K (Erev = 0 mV) UNA FAMILIA DE CANALES DE POTASIO DEPENDIENTES DE VOLTAJE. Transcriptos de genes de Drosophila que codifican para canales de K+ expresados en oocitos de Xenopus laevis V hold= -90 mV; -80 a +20 en pasos de 10 mV (1 seg de duracion) En progresión de Saker a Shaw los canales se inactivan más y más lentamente y las características cambian de corrientes de tipo A a corrientes de tipo delayed rectifier. En mamíferos hay un número aún mayor de genes de K+ homologos. Algunas series se asemejan más a shaker y otras a Shab o Shaw. Los axones rápida y ciegamente propagan los PAs Estos PAs se originan en el axón (cono, primer nodo) por la activación de conductancias despolarizantes en otros lugares de la neurona: soma, dendritas, o terminales de los receptores sensoriales. La tarea de estas regiones de membrana es la de codificar las señales nerviosas y de ahí que sean los centros de toma de decisiones del sistema nervioso. Transforman la suma de todas las influencias graduadas extrínsecas e intrínsecas, tanto inhibitorias como excitatorias, en un código de disparos de PAs. Disparos repetitivos en una neurona aislada de Tritonia (molusco) Código de frecuencia modulada: a mayor estímulo, mayor frecuencia De Connors y Stevens 1971 (Ver Hille 2001, pag 137, 3era ed.) Canales de K+ dependientes de Ca2+ y de voltaje (BK o Maxi K) Canales de K+ dependientes de Ca2+ (SK) Inside-out patches Los SK y la excitabilidad neuronal Canales involucrados en la hiperpolarización post PA Los SK y los patrones de disparo de neuronas marcapaso Neuronas Dopaminérgicas de la Sustancia Nigra Neurona de Purkinje del Cerebelo Neuronas subtalámicas Modulación de la PO de los SK por fosforilación vía receptores adrenérgicos Consecuencias fisiológicas de la modulación de los SK Células que estan activas en forma espontánea: marcapasos Algunas células excitables pueden estar activas en forma espontánea. En estas células el balance de las corrientes iónicas en el rango hiperpolarizado (cercano al resposo) produce el mismo efecto que produciría una corriente despolarizante en una célula quiescente. Estas células disparan en forma repetitiva y pueden actuar como marcapasos, estableciendo el tempo para otras actividades nerviosas, musculares, o secretorias. Patrones de disparo tan complejos como este, reflejan mecanismos endógenos presentes en una sola célula y no requieren estímulos excitatorios e inhibitorios alternados. Este ritmo depende fundamentalmente de las variaciones cíclicas en el Ca2+ intracelular de las neuronas de moluscos. Los detalles de cómo funciona este marcapasos son complejos y experimentos de voltage clamp han revelado que hay al menos siete tipos diferentes de canales ionicos involucrados: Kv, KA, KCa, Ca, Na, Ileak, INa,Ca Ejemplo en Aplysia: registros simultaneos de PA y acumulacion de Ca2+ intracelular durante el burst. Hay células que tienen un tipo de corriente dependiente de voltaje que se activa muy lentamente por hiperpolarización (Ih, IQ, If, IAR = Ih) y contribuye a la actividad de marcapasos. Erev de Ih -20 mV, es permeable al Na y al K, se bloquea por Cs y Rb. No son tan sensibles al bloqueo por bario. El marcapasos del corazón (nodo sinoatrial) involucra el juego entre al menos 4 conductancias: IK, Ileak, Ih, ICa (Ly T) y posiblemente una conductancia entrante de Na o de Cl. La ACh (parasimp) y la Norepin (simpatico) modulan estas conductancias, enlenteciendo y acelerando la frecuencia. NE aumenta la Po del ICa(L) y del IK (esto hace que se active Ih por la hiperpol), ACh tiene el efecto inverso y ademas activa el IKACh Las neuronas en el cerebro de mamífero exhiben una amplia variedad de propiedades electrofisiológicas: Dos patrones de actividad diferente generados en la misma neurona, dependiendo del Vm FIN Simulación de los efectos de agregar diversas conductancias iónicas al patrón de actividad de una neurona