Artigo sobre Canalopatias

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Canalopatias
O "Hot Topic Keynotes: Canalopatias" sessão da 26 Internacional Conferência Neurotoxicology reuniu toxicologistas estudar interações de tóxicos ambientais com canais iônicos, para analisar o estado da ciência da canalopatias e discutir o potencial de interações entre meio ambiente exposições e canalopatias. Esta sessão apresenta uma visão geral de produtos químicos alteram função de canal iônico e de fundo sobre os diferentes modelos canalopatia. Em seguida, ele explorou as evidências disponíveis que os indivíduos com canalopatias pode ou não pode ser mais sensíveis aos efeitos de substâncias químicas. Dr. Tim Shafer iniciou sua apresentação por definir o que são e apresentando canalopatias vários exemplos de canalopatias. Canalopatias são mutações que alteram a função de canais iônicos, tais que resultem em síndromes clinicamente definidos, incluindo as formas de epilepsia, enxaqueca, ataxia e outras síndromes neurológicas e cardíacas (Kullmann, 2010). Devido à natureza ubíqua mas heterogêneo de canais iônicos, síndromes canalopatia são altamente variáveis​​, e não depende apenas do tipo de canal 
mutado, mas também sobre a forma como a mutação altera a função do canal (Waxman, 2007). 
Embora haja um número de possíveis fenótipos resultantes de mutações de canal, uma característica partilhada por um certo número de canalopatias é que eles causam periódica e discreta ataques, permitindo que o transportador da mutação a funcionar normalmente entre ataques (Kullmann, 2010). Como muitas doenças genéticas, canalopatias tendem a apresentar no início da vida; alguns só causa disfunção durante o desenvolvimento, outros podem continuar a causar problemas ao longo da vida, enquanto outros não apresentam visíveis (ou pelo menos reconhecidos) os sinais clínicos sem gatilhos ambientais (Pessah et al., 2010, Striessnig et al., 2010). A fim de compreender as implicações dessas mutações, e suas manifestações altamente variáveis​​, é essencial para compreender a fisiologia e função do canal iónico. Canais iônicos são encontrados em todos os tipos de células em todo o corpo, e tem uma grande variedade de estruturas e funções.
Canais iônicos servir como poros transmembrana que, quando abertas, permitem que os íons passem através de uma membrana. Porque o movimento de íons através de uma membrana resulta em correntes elétricas, ion canais servem funções essenciais em tecidos electricamente excitáveis​​, tais como células neurais e cardíaca, músculo esquelético e liso. A abertura e fechamento (gating) dos canais iônicos é controlado quer por alterações no potencial de membrana (tensão (Vacher et al. de 2008)), ou pela de ligação de ligandos, tais como neurotransmissores. Assim, os canais iônicos geralmente são classificados em um dos dois grandes grupos com base nos estímulos que ativam: ou ligando fechado de tensão fechado. O canal da família ion voltagem-inclui os canais de sódio dependentes da voltagem, voltagem-canais de cálcio e os canais de potássio dependentes de voltagem. Todos estes canais consistem numa pore-forming subunidade α e associada subunidades auxiliares que modificam a função e / ou expressão da subunidade α. Mutações em qualquer um dos que formam a poro de subunidade α ou o auxiliar subunidades pode se manifestar como síndromes clínicas. Canais de sódio dependentes da voltagem (VGSC) são responsáveis ​​pela despolarização neuronal, bem como iniciação e propagação de acção potenciais no sistema nervoso. Mutações dos canais de sódio em seres humanos e animais resultar em convulsões, formas raras de dor de cabeça, dor de movimento e transtornos de enxaqueca familial (Catterall, 2000). Os canais de cálcio dependentes da voltagem (VGCC) são essenciais para a sinalização celular, liberação de neurotransmissores ea plasticidade neuronal. Mutações nos canais VGCC resultar convulsões, enxaqueca, desordens neurodegenerativas e síndromes miastênicas (Striessnig et al. 2010). Os canais de potássio dependentes de voltagem são necessários para repolarização neuronal após a fase de subida do potencial de ação. Canalopatias potássio são também associada a convulsões, bem como paralisia, dependendo da natureza da mutação. no coração, mutações têm sido descritos no canal de potássio hERG (Kv1.1) que interrompem a sua função, conduzindo a uma arritmia fatal (torsades de pointes). O canal hERG tem sido identificada como um alvo não intencional para um número de agentes farmacêuticos. Em alguns casos bloco deste canal pode dar origem a morte por arritmia cardíaca. Isso fez com que este canal particularmente importante em testes de segurança farmacêutica. O canal iônico família fechado por ligante inclui receptor de acetilcolina nicotínico (nAChR), γ- O receptor do ácido aminobutírico (GABA), glicina e do receptor de serotonina (5-HT3) de canais. Estes canais, como o nome sugere, aberta em resposta a ligação do ligando, permitindo ion fluxo. Cada um destes receptores é composta de um homo ou heteromer de cinco subunidadesdo receptor, e cada subunidade tem múltiplas isoformas. A grande variedade de subunidades que compreendem estes canais produz uma vasta variedade de diversidade funcional. A manifestação mais comum da mutações nestes canais iônicos é a epilepsia (Kullmann, 2010). No entanto, o tipo específico de epilepsia varia de acordo com o canal e a mutação. Estes vão desde a infância ausência de epilepsia, causada por uma mutação dominante herdada do beta 3 subunidade do O receptor GABAA, que reduz a expressão de superfície celular, a autossômica nocturna dominante epilepsia do lobo frontal, causada por mutações em várias subunidades de nAChR que resultam em alterações na proporção de isoformas de subunidades que formam o canal e alterar o pentimeric A resposta do canal de acetilcolina. Mutações nos canais iónicos dependentes de ligante também pode produzir síndrome miasténica como um resultado de uma mutação sem sentido produzindo um nAChR deficiência de canal e hiperecplexia familiar, tal como uma sequência de receptor de glicina auditivos função, entre outros fenótipos (Kullman, 2010).
Um ponto destacado por Dr. Shafer foi que até o momento, a maioria das pesquisas sobre canalopatias centrou-se sobre as próprias mutações, como eles alteram a função do canal, e os sintomas que produzem. Tem havido pouca investigação sobre se mutações associadas com canalopatias também pode tornar os indivíduos mais sensíveis à produtos químicos ambientais. No entanto, Dr. Shafer forneceu alguns exemplos específicos que demonstram que canalopatias tornar um indivíduo mais sensível aos efeitos de um Agente "ambiental". Mutações nos canais de potássio tem sido mostrado para fazer uma indivíduo mais suscetível a síndrome do QT longo, uma condição que surge no coração como resultado de um defeito da repolarização cardíaca, e que pode, em alguns casos, conduzir a torsades de pointes, um formulário taquicardia ventricular de e morte (Modell e Lehmann, 2006). Além do gatilhos convencionalmente reconhecidos (agentes farmacológicos) capazes de induzir ou exacerbar Nesta condição, Dr. Shafer observou que agentes ambientais, tais como partículas e o arsénio tem sido relatado para interagir com os canais hERG. Dr. Shafer também observou que hipertermia maligna, uma complicação potencialmente fatal associada com anestésicos voláteis, está associada a mutações do receptor de rianodina, um canal iónico intracelular. Os indivíduos que são suscetíveis a esta complicação viver uma vida de outra maneira normais, até que estão expostos aos anestésicos voláteis; Assim, este é talvez o exemplo mais bem documentado de uma interação entre produtos químicos e canalopatias. Na hipertermia maligna um missense mutação no receptor da rianodina e exposição a agentes anestésicos voláteis pode produzir uma rápida aumento da temperatura corporal que, se não for tratada corretamente, pode resultar em morte. A causa subjacente da síndrome é através ser devido ao excesso de Ca2 + intracelular 
miócitos que ao longo do tempo locais aumentoda demanda metabólica nestas células. O calor é gerado devido a ATP-exaustão e contração muscular devido a este estresse metabólico (Betzenhauser e Marks, 2010). Esta síndrome potencialmente fatal ilustra uma maneira na qual a interação gene x ambiente é importante para a saúde humana. Ele também observou que um número de diferentes pesticidas são conhecidos por interagir directamente com os canais de iões, e demonstrada usando piretróides que a interação de um pesticida com um canal iônico, e o resultado toxicológico, pode ser influenciado drasticamente pela seqüência de peptídeos no 
canal. No entanto, se os indivíduos (ou modelos animais) com sódio ou não canalopatias são mais sensíveis à neurotoxicidade piretróide não foi explorada até à data. O mesmo é verdade para muitos outros canalopatias íon. Deste modo, o potencial para indivíduos com canalopatias a ser mais sensíveis aos efeitos de substâncias químicas ambientais precisa ser investigada. Dr. Shafer ressaltou que a questão pode ser avaliada em um número de diferentes níveis, como interacções podem ser prontamente avaliada ao nível do canal de iões (nativo e forma canalopatia) e em modelos animais. As investigações clínicas podem incluir estudos epidemiológicos investigando, mais especificamente, a sensibilidade das pessoas singulares no canalopatias, ou pode incluir a geração de células-tronco do paciente indutíveis populações para a avaliação in vitro da sua sensibilidade aos produtos químicos em comparação com as de populações de controlo. 
A apresentação do Dr. William Atchison focada em canais de cálcio, o seu papel na doença e toxicidade, bem como canalopatias cálcio. Como mencionado anteriormente o cálcio desempenha muitos papéis na célula, como a sinalização intracelular e liberação de neurotransmissores. Por causa Muitos papéis cálcio desempenha na célula de sua regulamentação é rigidamente controlado e VGCCs representar um mecanismo de controlo. VGCC são divididos em três grupos (CAV1-CAV3) que resultam de produtos de genes separados e diferem nas propriedades funcionais, sensibilidade química, e localização celular (Dolphin, 2009). Distúrbios na VGCCs e, portanto, de cálcio dinâmica pode resultar em profunda destruição da função celular normal. Ambiental neurotoxicants Pb2 + e Hg2 + interromper a função VGCC e também entrar ainda mais o celular para interromper a função neuronal, através VCGG. Tal como os outros canais iônicos dependentes de voltagem, mutações do VGCC que produzem alterações patológicas na função neuronal têm sido demonstrada em animais e seres humanos. Mutações em CACNAIA, que codifica para a α1A subunidade da / do tipo Q P canais de Ca2 +, levar a sintomas observados na enxaqueca hemiplégica familiar, ataxia episódica tipo 2, e ataxia espinocerebelar tipo 6 Por outro lado, o ataque auto-imune em Canais de Ca2 + nos terminais de axônios motores provoca disfunção do nervo periférico colinérgica observado em Lambert-Eaton Síndrome Miastênica (Striessnig et al. de 2010). Tem casos de interacções estabelecidas ambiente gene X, em que os sintomas da canalopatia só ocorrem em resposta a um estímulo ambiental. Uma mutação missense em CACNA1S no músculo esquelético pode produzir paralisia periódica hipocalêmica em resposta a baixo nível de potássio sérico (Kullmann, 2010). 
Como afirmado anteriormente gene x ambiente interação também desempenha um papel na hipertermia maligna. Dr. Isaac Pessah apresentou o seu trabalho examinar os efeitos da não-coplanares bifenilos policlorados (PCBs) eo ryanodine receptor (RyR). PCBs eram uma classe amplamente utilizada de compostos, são persistentes no meio ambiente e são uma preocupação a saúde humana devido a relatos de neurotoxicidade de desenvolvimento associado com a exposição ambiental ao PCB (Tilson e Kodavanti, 1998). De particular importância são as exposições de baixo nível PCB crônicas, especialmente em populações que as fontes de legado vivo perto de PCBs e locais de eliminação de PCB. Estudos epidemiológicos indicam que, em adição a neurotoxicidade de desenvolvimento, os níveis de PCB são positivamente associada com a disfunção do sistema imunológico e de doenças cardiovasculares. Estudos prévios têm-se centrado sobre os efeitos do PCB no AhR e atribuído um fator para comparar os efeitos a TCDD, o agonista AhR estereotipada. No entanto, este modelo específico para a toxicidade de PCB não leva em conta a não-AhR mecanismos baseados que também têm sido amplamente estudados e propostos como sendo importante na neurotoxicidade PCB (Schantz, 1996, Seegal, 1997, Tilson e Kodavanti, 1998). 
O trabalho do Dr. Pessah tem focado nos receptores de rianodina (RyR) e alterações na sua função por mutação genética. Seu trabalho sobre estas mutações RYR tem levar a estudar as interações ambientais gene X possíveis com estas canalopatias, como RYR pode ser ativado por PCBs não coplanares. (Pessah et al, 2010) O RyR são uma família de canais de Ca2 + intracelular que regulam a liberação de Ca2 + do reservas intracelulares. RyRs são expressos na maior parte dos tipos de células em que modulam intracelular Ca2 + sinalização para regular o crescimento celular, movimento, metabolismo, secreção e plasticidade. 
Mutações homóloga em RyR1 e RyR2 produzir síndromes únicas em seres humanos; maligno hipertermia e taquicardia ventricular catecolaminérgicos. Essas síndromes pode resultar em letalidade, e ao contrário de muitos outros canalopatias, não pode tornar-se expressa até que a exposição a um gatilho ambiental, tais como anestésicos halogenados em maligno hipotermia e temperatura ou de esforço em catecolaminérgico polimórfica taquicardia ventricular colocar a vida de uma pessoa em perigo (Pessah et al., 2010). 
O trabalho apresentado pelo Dr. Pessah abordadas as interações do PCB e do tipo selvagem RyR como bem como em mutação RyR e mostrou o aumento da ativação do mutante RyR em resposta a Exposição PCB. Também serve para explicar como não-coplanares PCB, que não interagem com Ahr, pode produzir efeitos biológicos profundas. Usando bater-nos ratos suscetíveis a hipertermia maligna (R163C-RyR1) e ventricular polimórfica catecolaminérgico taquicardia (R176Q-RyR2), foi demonstrado que em músculo células isoladas a partir destes animais eram mais do que 10 vezes mais sensíveis à ativação RyR pelo não-coplanar PCR 95 de controlos de tipo selvagem. Miotubos embrionárias contendo estas mutações também mostraram excessiva Ca2 + sinalização em resposta a estímulos elétricos, bem como Ca2 + intracelular esgotamento, o que não foi visto em WT ou na ausência de PCB 95 (Pessah et al. de 2010). Esta pesquisa ilustra uma maneira em que as interações ambientais gene X pode produzir um aumento da respostas a agentes tóxicos in vitro. Esta pesquisa sugere que poderia haver de translação aplicações, uma vez que existem um grande número de mutações RYR conhecidos em humanos e PCB continuam a ser um risco de exposição humana. Vinculando dados in vitro gerados em miócitos para a saúde humana Neurotoxicology é problemático por isso é necessária mais investigação sobre este tema altamente relevante. Dr. Neal abril apresentou seu trabalho sobre os efeitos diferenciais de aletrina sobre subtipos VGCC em células PC12 de rato. Inseticidas piretróides são um dos mais utilizados classes de inseticidas do mundo. Os piretróides agir em espécies-alvo e não-alvo, prolongando a O estado aberto do canal de sódio regulado pela voltagem (VGSC) e retardar a inactivação do canal, resultando numa despolarização prolongada corrente de cauda que pode levar a um aumento da excitabilidade. A piretróides são divididos em duas classes com base os seus sinais clínicos em doses elevadas, e estas correspondem bem com a presença de um grupo ciano: compostos do tipo II têm esta ciano grupo e produzir coreoatetose e salivação excessiva, ao passo que eu agentes do tipo não e produzir tremor. As diferenças na toxicidade entre as duas classes de compostos solicitado estudos para investigar se os piretróides têm diferentes do VGSCalvos (Soderlund et . ai, 2002); entre os alvos adicionais propostos são VGCC. Os dados sobre os efeitos de piretróides sobre VGCC são inconsistentes (Shafer e Meyer, 2004), e apenas um número limitado de estudos têm sido realizados, onde os efeitos piretróides sobre VGCC foram examinadas usando técnicas de patch clamp em neurônios de mamíferos. Usando técnicas eletrofisiológicas esta pesquisa mostrou que aletrina, um tipo I piretróide, aumentou correntes VGCC de células inteiras durante a despolarização em relação ao controle. 
Estes efeitos parecem ser dependente da concentração e era independente como VGSC 0,5 um tetrodotoxina (TTX), um antagonista de VGSC, não teve nenhum efeito sobre a corrente Ca2 +. Em ordem para eliminar a possibilidade de que a TTX VGSC insensível poderia ser conduzir a efeito em Ca2 + atual, 100 uM Cd2 +, um bloqueador VGCC inespecíficos, foi aplicado e completamente abolida os efeitos de aletrina no actual conjunto de cálcio da célula. Os canais de cálcio são conhecidos para servir um número de funções na célula, com diferentes isoformas com efeitos biológicos muito específicos. A fim de se compreender melhor era aletrina modificação de um certo tipo de canal, tendo assim o potencial de alterar a um conjunto único de processos biológicos, Ca2 específico Dr. Neal farmacologicamente isolado isoforma + correntes. O maior efeito foi observado com GVIA, um antagonista VGCC do tipo N, o que sugere que o correntes Ca2 + induzida por aletrina são produzidos principalmente pelos canais de cálcio do tipo N (Neal et al., 2010) ...........
Canais iônicos fornecer controle crítico da função dos tecidos eletricamente excitáveis​​. Como tal, são alvos de uma ampla variedade de toxinas naturais, compostos farmacêuticos, e tóxico produtos químicos. Na última década, as novas descobertas significativas têm demonstrado que as mutações em seqüências de canais de íons são associados a síndromes específicas, clinicamente definíveis. Enquanto existem alguns exemplos específicos de interações medicamentosas x genes que podem resultar em dramática resultados clínicos, não houve quaisquer estudos significativos de serem ou não canalopatias pode também interagir com os produtos químicos do ambiente de um modo semelhante. Este sessão identificou uma série de questões específicas de investigação relacionadas com interações químicas com canalopatias que precisam ser abordadas, incluindo: 
• são indivíduos com canalopatias mais sensíveis aos compostos ambientais que atuam em canais iônicos? 
• Qual íon mutações do canal são os mais relevantes em uma população humana, quando no que diz respeito às exposições ambientais? 
• Poderia exposições ambientais desencadeiam ou desmascarar sintomas de canalopatias esteve adormecido, ou exacerbar os sintomas depois de terem se manifestado? 
• Qual é o papel de canalopatias em doenças neurodegenerativas e fazer exposições ambientais agravar essas doenças? 
• Os indivíduos com canalopatias diferem em suas respostas ao persistente e / ou efeitos sobre o desenvolvimento de agentes que atuam em canais iônicos? 
Como apontado por Dr. Shafer na apresentação introdutória, canais iônicos com o mutações associadas com canalopatias foram clonados e estão disponíveis para uso em em estudos in vitro de interações químicas com canais mutantes. Além disso, vários rato também estão disponíveis, que são bons modelos animais dessas canalopatias. Clínica populações também pode permitir algumas oportunidades limitadas para estudar as interações entre agentes e canalopatias ambientais. Assim, a questão de saber se há gene x interações ambientais, no caso de indivíduos com canalopatias pode ser facilmente abordadas. Embora essas condições não são tão prevalente como outras doenças, a melhor compreensão das interacções potenciais de produtos químicos ambientais com canalopatias pode ter profundas implicações para os indivíduos afetados, devido à natureza aguda e gravidade dos efeitos com canalopatias.