Calcium-activated chloride channels. Role of potassium ions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Using the patch-clamp method in the whole-cell configuration, it was shownthat external potassium ions play an important role in the regulation of calcium-activated chloride currents. A clear dependence of the amplitude of chloride currents on changes in the concentration of external potassium is shown. Changes in concentration of sodium, magnesium and calcium ions from membrane outside have no so significant effect, like outside potassium ions. The effect of potassium on the amplitudes of chloride currents is significantly greater than the effect it has on other cell ionic currents — sodium, potassium, cation. There is reason to believe that a change in the amplitudes of chloride currents contributes to the pathophysiological processes characteristic of hypokalemia and hyperkalemia.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. L. Zamoysky

Institute of Physiologically Active Compounds of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vzam@yandex.ru
Russian Federation, Chernogolovka

A. V. Gabrelian

Institute of Physiologically Active Compounds of the Russian Academy of Sciences

Email: vzam@yandex.ru
Russian Federation, Chernogolovka

V. V. Grigoriev

Institute of Physiologically Active Compounds of the Russian Academy of Sciences

Email: vzam@yandex.ru
Russian Federation, Chernogolovka

References

  1. Вихарева Е.А., Замойский В.Л., Григорьев В.В., Бачурин C.O. Кальций-активируемые хлорные токи в мембране клеток Пуркинье мозжечка крыс // ДАН. 2015. Т. 465, С. 372—374. DOI: 10.7868/ S0869565215330282.
  2. Вихарева Е.А., Замойский В.Л., Григорьев В.В. Модификация кальций-зависимых хлорных токов в нейронах Пуркинье мозжечка крыс // БЭБМ. 2016. T. 162, C. 672—677. doi: 10.1007/s10517-017-3694-1.
  3. Гелетюк В.И., Казаченко В.Н. Одиночный калий-зависимый Cl-канал в нейронах моллюска: множественность состояний проводимости. // ДАН. 1983. Т. 268. № 5. С. 1245—1247.
  4. Григорьев В.В. Кальций-активируемые хлорные каналы: структура, свойства, роль в физиологических и патологических процессах // Биомедицинская химия. 2021. Т. 67. № 1. С 17—33. doi: 10.18097/PBMC20216701017.
  5. Замойский В.Л., Григорьев В.В. Ключевая роль ионов хлора в регуляции быстрых натриевых токов в нейронах крыс // ДАН. 2017. Т. 477. № 4. С. 493—495. doi: 10.7868/S0869565217340229
  6. Замойский В.Л., Бовина Е.А., Бачурин С.О., Григорьев В.В. Роль ионов калия в регуляции кальций-активируемых хлорных каналов. ДАН. 2021. Т. 500. С. 470—473. doi: 10.31857/S2686738921050334.
  7. Bregestovski P.D., Printseva O.Y., Serebryakov V., Stinnakre J., Turmin A., Zamoyski V. Comparison of Ca2+-dependent K+ channels in the membrane of smooth muscle cells isolated from adult and foetal human aorta // Pflugers Archiv. 1988. V. 413. P. 8—13.
  8. Crottès D., Jan L.Y. The multifaceted role of TMEM16A in cancer // Cell Calcium. 2019. V. 82:102050.doi: 10.1016/j.ceca.2019.06.004.
  9. Guo S., Chen Y., Pang C., Wang X., Qi J., Mo L., Zhang H., An H., Zhan Y. Ginsenoside Rb1, a novel activator of the TMEM16A chloride channel, augments the contraction of guinea pig ileum // Pflugers Archiv. 2017. V. 469. P. 681—692. doi: 10.1007/s00424-017-1934-x.
  10. Hamill O.P., Marty A., Neher E., Sakmann B., Sigworth F.J. Improved patch-clamp techniques for high-resolution current recording from cells and cell-free membrane patches // Pflugers Arch. 1981. V. 391, P. 85—100. doi: 10.1007/BF00656997.
  11. Huang W.C., Xiao S., Huang F., Harfe B.D., Jan Y.N., Jan L.Y. Calcium-activated chloride channels (CaCCs) regulate action potential and synaptic response in hippocampal neurons // Neuron. 2012. V. 12. № 74(1). P. 179—192. doi: 10.1016/j.neuron.2012.01.033.
  12. Ji Q., Guo S., Wang X., Pang C., Zhan Y., Chen Y., An H. Recent advances in MEM16A: Structure, function, and disease // J Cell Physiol. 2019. V. 234. P. 7856—7873. doi: 10.1002/jcp.27865.
  13. Kamaleddin M.A. Molecular, biophysical, and pharmacological properties of calcium-activated chloride channels // J. Cell Physiol., 2018. V. 233. P. 787—798. doi: 10.1002/jcp.25823.
  14. Kaneda M., Nakamura H., Akaike N. Mechanical and enzymatic isolation of mammalian CNS neurons // Neurosci. Res. 1988. V. 5. P. 299—315. DOI: 10.1016/ 0168-0102(88)90032-6.
  15. Kunzelmann K., Tian Y., Martins J.R., Faria D., Kongsuphol P., Ousingsawat J., Thevenod F., Roussa E., Rock J., Schreiber R. Anoctamins // Pflugers Arch. 2011. V. 462. P. 195—208. doi: 10.1007/s00424-011-0975-9.
  16. Wang B., Li C., Huai R., Qu Z. Overexpression of ANO1/ TMEM16A, an arterial Ca2+‐activated Cl‐channel, contributes to spontaneous hypertension // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2015. V. 82. C.22—32. doi: 10.1016/j.yjmcc. 2015.02.020.
  17. Yu K., Whitlock J.M., Lee K., Ortlund E.A., Cui Y.Y., Hartzell H.C. Identification of a lipid scrambling domain in ANO6/TMEM16F // Elife. 2015. 4: e06901. doi: 10.7554/eLife.06901.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. a - series of depolarising pulses applied to the cell, from the fixation potential (-70 mV), in 10 mV steps, to +30 mV at the membrane, in whole-cell configuration; b - recorded response of cell currents to depolarising pulses; c - currents appearing at the end of depolarising pulses

Download (108KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Effect of different potassium concentrations in the outer solution on the amplitude of chlorine currents. The intra-pipette solution contains 120 mM potassium. Fixation potential (-70 mV). a - integral cell response in solution with [K+]nar. = 0 mM (n= 9); b - response in solution with [K+]nar. = 5 mM (n= 20); c - response in solution with [K+]nar. = 9 mM (n= 7); d - response in solution with [K+]nar. = 15 mM (n= 4); e - plots of volt-ampere characteristics plotted for CAHT at different values of [K+]nar. On the abscissa axis - current value in nanoamperes, on the ordinate axis - membrane potential in millivolts. Squares - [K+]nar. = 0 mM, circles - [K+]nat. = 5 mM, triangles - [K+]nat. = 9 mM, inverted triangles - [K+]nar. = 15 mM

Download (112KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Effect of different potassium concentrations in the external solution on the amplitude of inward and outward currents in Purkinje neurons. a - plot of the dependence of the amplitude of fast sodium currents on [K+]nar. = 0 mM (circles), [K+]nar. = 5 mM (squares) and [K+]nar. = 9 mM (triangles). VPR with potassium; b, plot of the dependence of the amplitude of fast sodium currents on [K+]nar. = 0 mM (circles), [K+]nar. = 5 mM (squares) and [K+]nar. = 9 mM (triangles). VPR with caesium; c, plot of the dependence of the amplitude of the maximum outgoing current on [K+]nar. = 0 mM (circles), [K+]nar. = 5 mM (squares) and [K+]nar. = 9 mM (triangles). VPR with potassium; d, plot of the dependence of the amplitude of the maximum outgoing current on [K+]nar. = 0 mM (circles), [K+]nar. = 5 mM (squares) and [K+]nar. = 9 mM (triangles). VPR with caesium

Download (189KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Effect of different potassium concentrations in the external solution on the amplitude of chlorine currents; VPR contains 120 mM caesium. a - whole-cell currents at [K+]nar. = 0 mM; b - whole-cell currents at [K+]nar. = 5 mM; c - whole-cell currents at [K+]nar. = 9 mM; d - whole cell currents at [K+]nar. = 15 mM; e - plot of volt-ampere characteristics of CAHT at [K+]nar. = 0 mM (circles); at [K+]nar. = 5 mM (squares); at [K+]nar. = 9 mM (triangles); at [K+]nar. = 15 mM (rhombuses)

Download (127KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Effect of external solution cations on the amplitude of CACT. a - effect of sodium ions (black squares - 140 mM sodium outside, black circles - 0 mM sodium outside) WRP with caesium; b - different concentration of magnesium ions (squares - 2 mM, circles - 5 mM, triangles - 9 mM) WRP with caesium; c - external calcium (squares - 2 mM, circles - 5 mM) WRP with potassium

Download (162KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. CACT amplitudes. a - at different potassium ion concentrations on the outer side (circles - [K+]nar. = 0 mM, squares - [K+]nar. = 5 mM, triangles - [K+]nar. = 15 mM); b - at different concentrations of caesium ions from the outer side (circles - [Cs+]nar. = 5 mM, squares - [Cs+]nar. = 9 mM, triangles - [Cs+]nar. = 15 mM)

Download (119KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Effects of low (a) and high (b) concentrations of potassium ions on the outside of the membrane of a single cell. A1 - [K+]nar. = 0 mM, A2 - [K+]nar. = 1 mM, A3 - [K+]nar. = 2 mM, A4 - [K+]nar. = 3 mM, A5 - [K+]nar. = 5mM; B1 - [K+]nat. = 5mM, B2 - [K+]nat. = 9mM, B3 - [K+]nat. = 15 mM, B4 - [K+]nat. = 24 mM

Download (224KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».