а) Строение и физиология. Функциональные зависимые от напряжения Са2+-каналы (Cav) состоят из порообразующих α1-субъединиц белков, кодируемых генами CACNA1x, которых в геноме млекопитающих насчитывается 10 изоформ.
Основываясь на сходстве аминокислотных последовательностей, каналы Cavα1 делятся на три подсемейства: Cav1, Cav2 и Cav3.
Подсемейство Cav1 проводит ток Са2+ L-типа и включает четыре изоформы: Cav1.1 (a1S), Cav1.2 (a1C), Cav1.3 (a1D) и Cav1.4 (a1F), кодируемые CACNA1S, -C, -D и -F, соответственно. Тканевая экспрессия Cav1.1 и Cav1.4 более ограничена, чем Cav1.2 и Cav1.3.
Cav1.1 в основном экспрессируется в скелетных мышцах, в то время как Cav1.4 в основном ограничивается сетчаткой. Cav1.2 является основной изоформой в сердечной мышце, а также присутствует в гладкомышечных клетках, секреторной ткани и нервной системе. Cav1.3 играет важную роль в тканях синоатриального узла, в тканях слухового анализатора, а также присутствует в головном мозге.
Обе изоформы (Cav1.2 и Cav1.3) часто лаже экспрессируются в одной и той же клетке, например в нейронах, хромаффинных клетках надпочечников, синоатриальных узлах и кардиомиоцитах предсердий
Подсемейство Cav2 проводит токи Са2+ P/Q-, N- и R-типа и включает три изоформы: Cav2.1 (α1А, также называемая типом P/Q), Cav2.2 (α1В, также называемая N-тип) и Cav1.2 (α1E, также называемая R-тип), кодируемые CACNA1A, -В и -E, соответственно. Каналы Cav2.x в основном экспрессируются в нервной системе.
Подсемейство Cav3 проводит ток Са2+ Т-типа и включает три изоформы: Cav3.1 (α1G), Cav3.2 (α1H) и Cav3.3(α1I), кодируемые CACNA1G, -H и -I, соответственно. Каналы Cav3 широко распространены в нейронах и других возбудимых клетках. Они играют важную роль в нервной и сердечной возбудимости, а также в сердечной и нейронной кардиостимуляторной активности.
Хотя α1-субъединица (Cavα1) является основным компонентом потенциал-управляемых Са2+-каналов и отвечает за их уникальные биофизические и фармакологические свойства, функциональный Са2+-канал требует совместной сборки α1-субъединицы со вспомогательными субъединицами (β- и α2δ-субъединицы) (рис. ниже). Эти вспомогательные субъединицы усиливают экспрессию α1-субъединицы и изменяют ее свойства.
Мембранное строение и структурная организация субъединиц Са2+-канала L-типа сердца. α1 — это порообразующая субъединица, которая содержит чувствительные к напряжению механизмы и сайты связывания блокаторов каналов. α1-Субъединица содержит четыре гомологичных домена (от I до IV), каждый из которых содержит шесть трансмембранных спиралей (от S1 до S6). α12δ- и β-субъединицы усиливают экспрессию и модулируют зависимость от напряжения и кинетику стробирования канала
Как подсемейства Cav1, так и Cav2 способны образовывать гетеромерный комплекс, объединяясь с одной из четырех β-субъединиц (Cavβ1-β4, кодируемой CACNB1-4) и одной из четырех α2δ-субъединиц (кодируемой CACNA2D1-4). Для каналов Cav3 α1-субъединицы могут образовывать только функциональные каналы, но также могут ассоциироваться с другими белками.
γ-Субъединица также входит в состав комплекса Са2+-каналов скелетных мышц. Были идентифицированы восемь изоформ γ-субъединиц (γ1-γ8, кодируемых CACNG1-8). Только γ4-, γ6-, γ7- и γ8-субъединицы выражены в человеческом сердце. Однако не было показано, что у-субъединицы образуют неотъемлемую часть сердечных или нейрональных Са2+-каналов.
Для некоторых каналов Cav1 и Cav2 плотное связывание кальмодулина с изолейцин-глутаминовым доменом (так называемый мотив "IQ") в их С-концевом хвосте позволяет рассматривать кальмодулин как квазисубъединицу.
б) α1-Субъединица. α1-Субъединица (Cavα1) имеет структуру, аналогичную структуре Na+-канала: четыре гомологичных домена (I—IV), каждый из которых состоит из шести трансмембранных сегментов (с S1 по S6). Сегменты S5, S6 и связанная с мембраной поровая петля (Р-петля) между ними образуют центральную пору, через которую осуществляется ток ионов по своему электрохимическому градиенту.
Петля Р содержит четыре отрицательно заряженных остатка глутамата (ЕЕЕЕ), которые необходимы для селективности Са2+-канала. S4 в каждом гомологичном домене содержит высококонсервативный положительно заряженный остаток (аргинин или лизин) в каждой третьем или четвертом положении. Этот сегмент служит датчиком напряжения для стробирования.
α1С-Субъединица является основным и самым крупным компонентом Cav и диктует основные биофизические и фармакологические свойства этих каналов, поскольку она содержит ионоселективные поры, датчик напряжения, стробирующий аппарат и большинство сайтов связывания с лекарствами и токсинами.
в) β-Субъединица. β-Субъединица (Cavβ1, кодируемая геном CACNB) полностью внутриклеточная и прочно связанная с высококонсервативным мотивом в цитоплазматическом линкере между доменами I и II α1C-субъединицы (так называемый α-взаимодействующий домен, AID).
Коэкспрессия β-субъединицы модулирует биофизические свойства α1С-субъединицы. β-Субъединица играет важную роль в экспрессии каналов, перемещении и регулировании. В этих субъединицах были идентифицированы участки, способные к фосфорилированию различными протеинкиназами (ПКА, ПКС, протеинкиназой G [ПКG]).
β-Субъединицы также участвуют в регуляции каналов путем β-адренергической стимуляции и в ответ на изменения pH клетки. Кроме того, β-субъединица может резко увеличить амплитуду тока Са2+, изменить зависимость от напряжения и кинетику активации и инактивации канала, а также изменить фармакологические свойства канала.
г) α2δ-Субъединица. Белки α2 и 8 кодируются одним мРНК, зрелые формы α2δ-субъединиц образуются в результате посттрансляционного протеолитического расщепления α2 и δ, однако они остаются связанными посредством дисульфидной связи.
α2-Субъединица полностью внеклеточна, тогда как δ-субъединица имеет один мембранный сегмент с очень короткой внутриклеточной частью, которая связывает комплекс α2δ-субъединицы с α1С-субъединицей.
Комплекс α2δ-субъединицы оказывает меньшее влияние на функцию канала, чем β-субъединица. α2δ-Субъединица немного увеличивает амплитуду тока Са2+ и ускоряет инактивацию каналов, а также может изменять свойства активации Са2+-каналов. Это также может повлиять на изменение плотности канала.
д) γ-Субъединица. γ-Субъединица состоит из четырех трансмембранных сегментов и внутриклеточных N- и С-концов. γ-Субъединицы оказывают переменное влияние на функцию канала в зависимости от партнерских субъединиц Cavα1 и Cavβ.
