Channels and Signal Transduction Pathways in Neurons

Abstract

Potassium (K⁺) channels constitute the most diverse class of ion channels; these channels are especially important for regulation of the neuronal excitability and provide signaling activity in a variety of ways. These channels are major determinants of the membrane excitability, influencing the resting potential of the membranes, waveforms and frequencies of action potentials, and thresholds of excitation. Voltage-gated K⁺ channels do not exist as independent units merely responding to changes in the transmembrane potential; these are macromolecular complexes able to integrate a great variety of cellular signals that provide fine tuning of channel activities. Compounds that change K⁺ channel properties are commonly employed as therapeutic agents in a number of pathologies, in particular, arrhythmias, cancer, and neurological disorders (psychoses, epilepsy, stroke, and Alzheimer’s disease).

Калієві канали виконують важливі функції у великій кількості шляхів передачі клітинних сигналів у нервовій системі. Складна обробка та інтеграція сигналів, котрі спостерігаються у нейронах, полегшуються через наявність великого набору воротних властивостей іонних каналів, зокрема, таких властивостей потенціалкерованих калієвих каналів. Специфічні сполучення калієвих каналів забезпечують нейронам широкий репертуар характеристик збудливості та надають змогу кожному нейрону відповідати специфічним чином на дію конкретного вхідного сигналу в конкретний момент часу. Властивості багатьох калієвих каналів можуть модулюватися від дією шляхів вторинних месенджерів, активованих нейротрансмітерами та стимулами інших видів. Калієві канали формують найбільш різноманітний клас іонних каналів. Ці канали суттєво важливі для регуляції збудливості нейронів і сигнальної активності, що здійснюється різним чином. Дані канальні структури є основними детермінантами збуливості мембрани, впливаючи на потенціал спокою мембран, форму та частоту потенціалів дії та пороги збудження. Потенціалкеровані калієві канали не існують як незалежні одиниці, в основному відповідальні за зміну мембранного потенціалу; це макромолекулярні комплекси, здатні інтегрувати колосальну кількість клітинних сигналів, котрі реалізують тонку настройку активності каналів. Сполуки, котрі змінюють властивості калієвих каналів, широко використовуються як терапевтичні агенти в таких випадках, як аритмії, ракові захворювання та неврологічні розлади (психози, епілепсія, інсульти та хвороба Альцгеймера). Цілями значної кількості терапевтичних агентів є канали, що не відносяться до калієвих, але "ненавмисно" блокують саме калієві канали. Таке блокування калієвих каналів може зумовлювати потенційно дуже серйозні або навіть смертельні побічні ефекти.