As canles de calcio reguladas por voltaxe (en inglés voltage-gated calcium channels ou VGCC), tamén chamadas canles de calcio dependentes de voltaxe (VDCC), son un grupo de canles iónicas reguladas por voltaxe que se encontran na membrana plasmática de células excitables (por exemplo, a célula muscular, célula glial, neurona etc.) que é permeable ao ión calcio (Ca2+). Estas canles son lixeiramente permeables ao ión sodio (Na+), polo que tamén se chaman canles de Ca2+-Na+, pero a súa permeabilidade ao calcio é unhas mil veces maior que ao sodio baixo condicións fisiolóxicas normais. Ao potencial de membrana fisiolóxico ou de repouso, estas canles están normalmente pechadas. Son activadas (é dicir, abertas) a potenciais de membrana despolarizados de aí que se diga que están reguladas por voltaxe. A concentración de calcio (Ca2+) é normalmente varios miles de veces maior fóra da célula que dentro. A activación de determinadas canles de calcio reguladas por voltaxe permite que o Ca2+ entre rápido na célula, o cal, dependendo do tipo celular, ten como resultado a activación de canles de potasio sensibles ao calcio, a contracción muscular, a excitación das neuronas, a regulación á alza da expresión xénica, ou a liberación de hormonas ou neurotransmisores. As canles de calcio reguladas por voltaxe foron inmunolocalizadas na zona glomerulosa da glándula adrenal humana normal e hiperplástica, así como en adenomas produtores de aldosterona, e nestes últimos as canles de calcio reguladas por voltaxe de tipo T correlacionábanse cos niveis de aldosterona plasmática dos pacientes. A activación excesiva das canles de calcio reguladas por voltaxe é un importante compoñente da excitotoxicidade, xa que os niveis moi elevados de calcio intracelular activan encimas que, a niveis altos dabondo, poden degradar estruturas celulares esenciais.

Estrutura

As canles de calcio reguladas por voltaxe están constituídas por un complexo de varias subunidades diferentes: α1, α2δ, β1-4 e γ. A subunidade α1 forma o poro condutor de ións mentres que as subunidades asociadas teñen varias funcións como a modulación da apertura das canles.

Subunidades da canle

Hai varios tipos de canles de calcio reguladas por voltaxe alta (HVGCC). Son estruturalmente homólogas entre os distintos tipos; son todas similares, mais non estruturalmente idénticas. No laboratorio, é posible estudar por separado o papel fisiolóxico ou a inhibición por toxinas específicas de cada tipo. Entre as canles de calcio reguladas por voltaxe alta están a canle de tipo N neural bloqueada pola ω-conotoxina GVIA, a canle de tipo R (R significa Resistente a outros bloqueadores e toxinas, excepto o SNX-482) implicada en procesos mal definidos no cerebro, a estreitamente relacionada canle de tipo P/Q bloqueada polas ω-agatoxinas, e a canle de tipo L sensible á dihidropiridina responsable do acoplamento da excitación-contracción do músculo esquelético, liso e cardíaco e da secreción de hormonas en células endócrinas.

Tipo sensibilidade á 1,4-dihidropiridina (DHP) sensibilidade á ω-conotoxina (ω-CTX) sensibilidade á ω-agatoxina (ω-AGA) Tipo L bloquéase resistente resistente Tipo N resistente bloquéase resistente Tipo P/Q resistente resistente bloquéase Tipo R resistente resistente resistente

Subunidade α1

A subunidade α1 poro (~190 kDa de masa molecular) é a subunidade primaria necesaria para o funcionamento da canle nas reguladas por voltaxe alta (HVGCC), e consta dos característicos catro dominios (I–IV) homólogos que conteñen seis hélices α transmembrana. A subunidade α1 forma o poro selectivo para o Ca2+, que contén a maquinaria sensible á voltaxe e os sitios de unión de drogas/toxinas. Identificáronse un total de dez subunidades α1 en humanos: a subunidade α1 contén 4 dominios homólogos (etiquetados I–IV), cada un dos cales conteñen 6 hélices transmembrana (S1–S6). Este arranxo é análogo ao homotetrámero formado por subunidades de dominio único de canles de potasio reguladas por voltaxe (que tamén contén cada unha 6 hélices transmembrana). A arquitectura de 4 dominios (e varios sitios reguladores clave, como o dominio EF e o IQ no C-terminal) tamén é compartida polas canles de sodio reguladas por voltaxe, que se pensa que están evolutivamente relacionadas coas canles de calcio reguladas por voltaxe. As hélices transmembrana dos 4 dominios alíñanse para formar a propia canle; as hélices S5 e S6 pénsase que forman a parte da superficie interna do poro, mentres que as hélices S1–4 teñen papeis na apertura das canles e a sensibilidade á voltaxe (S4 en especial). As canles de calcio reguladas por voltaxe están suxeitas a unha rápida inactivación, esta inactivación pénsase que consta de dous compoñentes: regulación por voltaxe (VGI) e regulación por calcio (CGI). Estes distínguense usando Ba2+ ou Ca2+ como transportadores de cargas na solución de rexistro externa en experimentos in vitro. Ao compoñente CGI atribúese a unión á proteína de sinalización de Ca2+ calmodulina (CaM) en polo menos un sitio da canle, xa que os mutantes CaM nulos para o Ca2+ non teñen actividade CGI nas canles de tipo L. Non todas as canles mostran as mesmas propiedades reguladoras e os detalles específicos destes mecanismos son aínda en gran medida descoñecidos.

Tipo Voltaxe Subunidade α1 (nome do xene) Subunidades asociadas Adoitan atoparse en Canle de calcio de tipo L (L de "longa duración" ou "receptor DHP") Activada por voltaxe alta (HVA) Cav1.1 () Cav1.2 () Cav1.3 () Cav1.4 () α2δ, β, γ Músculo esquelético, músculo liso, óso (osteoblastos), miocitos ventriculares (responsables de potenciais de acción prolongados en células cardíacas; tamén denominados receptores DHP), dendritas e espiñas dendríticas de neuronas corticais Canle de calcio de tipo P (P de "Purkinje") /canle de calcio de tipo Q Activada por voltaxe alta Cav2.1 () α2δ, β, posiblemente γ Neuronas de Purkinje no cerebelo / células granulares cerebelares Canle de calcio de tipo N (N de "neural"/"Non L") Activada por voltaxe alta Cav2.2 () α2δ/β1, β3, β4, posiblemente γ No cerebro e o sistema nervioso periférico. canle de calcio de tipo R (R de "residual") Activada por voltaxe intermedia Cav2.3 () α2δ, β, posiblemente γ Células granulares cerebelares, outras neuronas Canle de calcio de tipo T (T de "transitorio") Activada por voltaxe baixa Cav3.1 () Cav3.2 () Cav3.3 () Neuronas, células que teñen actividade de marcapasos, óso (osteocitos)

Subunidades α2δ

O xene α2δ forma dúas subunidades: α2 e δ (que son ambas o produto do mesmo xene). Están ligadas entre si por medio de pontes disulfuro e teñen un peso molecular combinado de 170 kDa. A α2 é a subunidade glicosilada extracelular que interacciona máis coa subunidade α1. A subunidade δ ten unha soa rexión transmembrana cunha curta porción intracelular, que serve para ancorar a proteína na membrana plasmática. Hai 4 xenes α2δ: CACNA2D1 ( ), CACNA2D2 ( ), ( ), ( ).

A coexpresión de α2δ potencia o nivel de expresión da subunidade α1 e causa un incremento na amplitude da corrente, fai máis rápida a cinética de activación e inactivación e causa un cambio hiperpolarizante na dependencia de voltaxe da inactivación. Algúns destes efectos obsérvanse en ausencia da subunidade beta, mentres que, noutros casos, a coexpresión de beta é necesaria.

As subunidades α2δ-1 e α2δ-2 son o sitio de unión de gabapentinoides. Esta clase de drogas inclúe dous fármacos anticonvulsivos, como gabapentina (Neurontin) e pregabalina (Lyrica), que tamén teñen uso no tratamento da dor neuropática crónica. A subunidade α2δ é tamén un sitio de unión do fármaco depresor central e ansiolítico phenibut, ademais de actuar noutras dianas.

Subunidade β

A subunidade β intracelular (55 kDa) é unha proteína intracelular similar a MAGUK (guanilato quinase asociada a membranas) que contén un dominio guanilato quinase (GK) e un dominio SH3 (src homoloxía 3). O dominio guanilato quinase da subunidade β únese ao bucle citoplásmico da subunidade α1 I-II e regula a actividade HVGCC. Coñécense catro xenes para a subunidade β: CACNB1 (), CACNB2 (), CACNB3 (), CACNB4 ().

Hipotetízase que a subunidade β citosólica ten un papel principal en estabilizar a conformación da subunidade α1 final e dirixila á membrana plasmática pola súa capacidade de enmascarar un sinal de retención no retículo endoplasmático que hai na subunidade α1. O freo de retención endoplasmática está contido no bucle I–II da subunidade α1, que queda enmascarada cando se une á subunidade β. Por tanto, a subunidade β funciona inicialmente regulando a densidade de corrente ao controlar a cantidade de subunidade α1 expresada na membrana plasmática.

Ademais do seu papel no tráfico de ións, a subunidade β ten ademais as importantes funcións de regular a cinética de activación e inactivación, e hiperpolarizar a dependencia de voltaxe para a activación da subunidade α1 poro, polo que pasa máis corrente para despolarizacións máis pequenas. A subunidade β ten efectos na cinética da α1C cardíaca en ovocitos de Xenopus laevis coexpresada con subunidades β. A subunidade β actúa como un importante modulador das propiedades electrofisiolóxicas da canle.

Ata moi recentemente, a interacción entre unha rexión de 18 aminoácidos altamente conservada na subunidade α1 intracelular enlazadora (linker) entre os dominios I e II (o Dominio de Interacción Alfa, AID) e unha rexión do dominio GK da subunidade β (o Peto de Unión do Dominio de Interacción Alfa) pensábase que era a única responsable dos efectos reguladores da subunidade β. Recentemente, descubriuse que o dominio SH3 da subunidade β tamén ten efectos reguladores adicionais sobre a función da canle, abrindo a posibilidade de que a subunidade β teña múltiples interaccións reguladoras coa subunidade α1 poro. Ademais, a secuencia AID non parece conter un sinal de retención no retículo endoplasmático e este pode estar localizado noutras rexións da subunidade I–II α1 enlazadora.

Subunidade γ

A subunidade γ1 sábese que está asociada con complexos de canle de calcio regulada por voltaxe no músculo esquelético, pero a evidencia non é concluínte respecto a outros subtipos de canles de calcio. A glicoproteína da subunidade γ1 (33 kDa) está composta de catro hélices transmembrana. A subunidade γ1 non afecta ao tráfico de ións, e, esencialmente, non é requirida para regular o complexo da canle. Porén, γ2, γ3, γ4 e γ8 están tamén asociados con receptores de AMPA glutamato.

Hai 8 xenes para as subunidades gamma: γ1 (), γ2 (), γ3 (), γ4 (), (), (), (), e ().

Fisioloxía muscular

Cando unha célula de músculo liso está despolarizada, causa a apertura das canles de calcio reguladas por voltaxe (tipo L). A despolarización pode orixinarse por estiramento da célula, ou pola unión dun agonista ao seu receptor acoplado á proteína G (GPCR), ou pola estimulación do sistema nervioso autónomo. A apertura da canle de calcio de tipo L causa o influxo de Ca2+ extracelular, que despois se une á calmodulina. A molécula de calmodulina activada activa á súa vez a quinase da cadea lixeira da miosina (MLCK), que fosforila a miosina dos filamentos grosos da célula muscular. A miosina fosforilada pode formar pontes cruzadas cos filamentos finos de actina, e as células (fibras) de músculo liso contráense polo mecanismo de filamentos deslizantes. (Ver na referencia unha ilustración da fervenza de sinalización na que interveñen as canles de calcio de tipo L no músculo liso).