Soorten ionenkanalen in het lichaam

Ionenkanalen zijn membraaneiwitten, die een hoofdrol spelen bij het reguleren van de exciteerbaarheid van cellen. Zij worden in vrijwel alle cellen aangetroffen, en zijn van cruciaal fysiologisch belang. Op basis van de stimulus waarop ze reageren, worden ionenkanalen onderverdeeld in drie superfamilies: voltage-gated, ligand-gated en mechanisch-gevoelige ionenkanalen.

Ion kanaal. Structuur van het kanaal. Image Credit: Designua /

Voltage-Gated Ion Channels

Voltage-gated kanalen reageren op verstoringen in de celmembraanpotentiaal, en zijn zeer selectief voor een specifiek ion, d.w.z., Na+, K+, Ca2+, en Cl-. Ze worden verder onderverdeeld in families op basis van het belangrijkste ion dat wordt doorgelaten.

• Spanningsgeactiveerde Na+ kanalen – Deze kanalen zijn verantwoordelijk voor het ontstaan van actiepotentialen van lange duur, en zijn dus doelwitten van lokale anesthetica, zoals lidocaïne en benzocaïne.
• Spanningsgeactiveerde Ca2+ kanalen – Ze reguleren intracellulaire Ca2+ concentraties, en zijn dus verantwoordelijk voor een breed scala aan biochemische processen binnen cellen. Een van de belangrijkste processen die door deze kanalen worden gereguleerd, is het vrijkomen van neurotransmitters bij synapsen. Calcium kanaal blokkers zijn waardevol bij de behandeling van een verscheidenheid van aandoeningen, variërend van hart-en vaatziekten tot angststoornissen.
• Spanningsafhankelijke K+ kanalen – Zij vormen de grootste en de meest diverse klasse van spanningsafhankelijke ionenkanalen. Ze zijn noodzakelijk bij het genereren van de rustpotentiaal van het membraan.
• Voltage-gated Cl- kanalen – Deze kanalen zijn aanwezig in elk type neuron en zijn betrokken bij het reguleren van exciteerbaarheid en celvolume. Ook is bekend dat ze bijdragen aan de rustmembraanpotentiaal.

Ligand-Gated Ion Channels (LGIC)

LGIC zijn doelwitten voor veel geneesmiddelen, zoals anesthetica, antipsychotica, en antidepressiva. Ze worden genoemd naar de ligand waarop ze reageren en worden onderverdeeld in drie families, gebaseerd op criteria van moleculaire biologie en eiwitstructuur.

“Cys-Loop” LGIC

Ze vormen de grootste klasse LGIC’s en omvatten nicotine acetylcholine receptoren (nAChR), γ-aminoboterzuur (GABA) receptoren, 5-hydroxytryptamine-3 (5HT3) receptoren, en glycine receptoren. De nAChR en 5-HT3R zijn excitatoire receptoren, terwijl de GABA-receptoren en glycinereceptoren inhibitoir van aard zijn.

De nAChR’s worden endogeen geactiveerd door de neurotransmitter acetylcholine. Acetylcholine speelt een belangrijke rol in verschillende cognitieve processen, zoals leren, geheugen en aandacht. Het is ook een belangrijke signaalstof bij de neuromusculaire junctie.

Activatie van 5-HT3 receptoren speelt een belangrijke rol in een verscheidenheid van sympathische, parasympatische en sensorische functies. In het centrale zenuwstelsel (CZS) zijn 5-HT3-receptoren betrokken bij emesis, cognitie en angst. Het helpt bij de regulering van verschillende cognitieve, fysiologische, emotionele en metabolische systemen. Het beïnvloedt fysiologische processen, zoals slaappatronen, circadiane ritmes, eetlust, agressieniveaus en lichaamstemperatuur.

De GABA-receptor geleidt selectief Cl- door zijn porie, wat hyperpolarisatie veroorzaakt en een resulterende verhoging van de drempel voor het genereren van actiepotentialen. Een verlaging van de waarschijnlijkheid van actiepotentiaalvorming veroorzaakt neuronale remming. GABA remt de wakkerheid bevorderende gebieden en is derhalve betrokken bij de ondersteuning van de slaap. Een stoornis in de GABA-signalering is ook een belangrijke reden voor angststoornissen. Benzodiazepinen verminderen ongewenste prikkelbaarheid van de hersenen, door de GABA-signalering in de hersenen te verhogen, en kunnen daarom worden gebruikt om angststoornissen te behandelen.

Glycinereceptoren bemiddelen bij synaptische remming in het ruggenmerg, de hersenstam en andere regio’s van het centrale zenuwstelsel. Zij reguleren de prikkelbaarheid van motorische en afferente sensorische neuronen, waaronder pijnvezels, en zijn ook betrokken bij de verwerking van visuele en auditieve signalen. Daarom vormen zij een veelbelovend doelwit voor de ontwikkeling van therapeutisch bruikbare verbindingen.

Ionotrope Glutamaat Receptoren

Zij worden geactiveerd door de neurotransmitter glutamaat en mediëren de meeste snelle excitatoire transmissie in het CZS. Zij worden onderverdeeld in α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazool-4-propionzuur (AMPA)-receptoren, kainaatreceptoren en N-methyl-D-aspartaat (NMDA)-receptoren.

AMPA-receptoren bemiddelen snelle excitatoire synaptische transmissie bij de meerderheid van de centrale synapsen. Kainaatreceptoren reguleren de neuronale prikkelbaarheid, terwijl NMDA-receptoren een sleutelrol spelen bij de synaptische plasticiteit.

P2X-receptoren

Zij zijn de meest recent ontdekte membraanionkanalen. Ze zijn bij voorkeur doorlaatbaar voor Na+, K+ en Ca2+ en worden geactiveerd door ATP. P2X receptoren komen op grote schaal tot expressie in vele weefsels en blijken een sleutelrol te spelen in diverse fysiologische processen, zoals zenuwtransmissie, pijnsensatie, en diverse ontstekingsreacties.

Mechanogevoelige ionenkanalen

Ionkanalen die reageren op veranderingen in mechanische krachten op het celmembraan worden mechanogevoelige ionenkanalen genoemd. Deze kanalen zijn betrokken bij de detectie en transductie van externe mechanische krachten in elektrische en/of chemische intracellulaire signalen.

Mechano-gevoelige ionenkanalen zijn betrokken bij de regulatie van bloeddruk en celvolume, stimulatie van spier- en botontwikkeling, en de zintuigen van gehoor en tastzin. Studies hebben aangetoond dat deze kanalen betrokken zijn bij verschillende aandoeningen zoals hartritmestoornissen, spierdystrofie, neuronale degeneratie, polycysteuze nierziekte, en tumormetastase.

Aangezien ionenkanalen verantwoordelijk zijn voor de regulatie van belangrijke fysiologische functies, is een goed begrip van hun mechanismen op moleculair niveau van belang. In het afgelopen decennium is baanbrekend werk verricht in de opheldering van kristalstructuren van ionenkanalen. Dit heeft op zijn beurt geleid tot een beter begrip van de werking van ionenkanalen. Onderzoek heeft ook geleid tot de ontdekking van een verscheidenheid van mutaties in ionkanaalgenen, waarvan bekend is dat zij de oorzaak zijn van de verschillende kanaalopathieën. Toekomstig onderzoek op dit gebied zal van cruciaal belang zijn voor het ontcijferen van de oorzaken en genezing van een aantal neurologische en spieraandoeningen.

Volgende lectuur

• Alle inhoud over ionenkanalen
• Belang van ionenkanalen in het lichaam

Citaties