Acoplamiento Excitación-Contracción

Tipos de músculos: liso

estriado: esquelético y cardiaco

Ratón transgénico que expresa proteínas fluorescentes. Axones motores: verdes,

prot. sinapsis: naranjas (¿les parece bonito?)

Excitacion…….”agente intermediario”……..Contraccion

Contraccion NO necesita Ca ext.

Contraccion SI necesita Ca ext.

Estructura del músculo esquelético

Corte longitudinal y transversal

Long. Sarcomero ~ 2,5 m

Músculo liso

Músculo cardíaco

Discos

intercalados

Los discos intercalados contienen desmosomas y “gap junctions” que dan cuenta de la comunicación electrica entre las células del tejido cardiaco.

Diametros: 30 a 150m, largo: muy variable

Actina

Miosina

X = (2Dt)1/2

Dca = 10-6 cm2/s

En 1 s 14 m

Pico contraccion ocurre en 0.2 s

Huxley y Taylor

Despolarizaciones graduales [K+]ext contracturas graduales (Hodgkin y Horowicz)

100 m

(Descripción en libro Latrorre y cols. y en apunte)

Reconstrucción de la red del Tubulo transverso en músculo de rana

Biophys J 22: 145-154, 1978, Peachey and Eisenberg

En una fibra de m. esquelético, los tubulos t “abarcan” toda la sección cruzada (cross section) en cada linea z, ver detalles en libro Latorre y cols.

Enzimas que participan en la generacion de IP3

IP3R, importante en señalización de acoplamiento Excitación-transducción en núcleo.

Los “pies” (RyR)

Tubulo-t

Vesícula Reticulo sarcoplásmico

J Mol Cell Cardiol 37: 417, 2004

RyR: Homotetramero, cada subunidad ~ 560.000 D

RyR 1: m esqueletico

RyR 2: m.cardiaco y cerebro

RyR 3: neuronas y m. esqueletico

Modulado por….

?

Moduladores endogenos:

calcio

magnesio

ATP

Ca-calmodulina

Moduladores farmacologicos (algunos) : rianodina, cafeina, rapamicina, FK506

Otros reguladores: fosforilación, estado redox, nitrosilación, etc.

“Andamio” para: PKA, fosfatasas, sorcina, triadina, juntina, calsecuestrina, FKPB12

J Mol Cell Cardiol 37: 417, 2004

FK506, rapamicina

Evidencias de participación del retículo en el proceso de contracción.

Factor de relajación: RS

Segregación de Ca ATPasa y calsequestrina en RS

Despolarización es parámetro que importa, no flujos de Na o K

¿Sensor de la despolarización?

Consecuencia del cambio en campo eléctrico: cambio en posición de residuos

cargados del sensor “corriente de carga intramembrana”

(corriente de compuerta o gating current) detalles en libro Latorre y cols.

Nature 323: 66-68, 1986

El sitio de unión de DHP de músculo esquelético es un canal de calcio (tipo L)

Unión de DHP al receptor purificado

Receptor incorporado en bicapas

35 mV, 20 pS en 90 mM Ba

Control, - 30 mV

10 M Bay K (activador)

También se encontró modulación por PKA

TT: 300 canales/µm2

Dependencia de Calcio de los RyR 1 y RyR 2

Los RyR presentan tres modos de activación por calcio

Low Po. Forma de campana, baja probabilidad de apertura.

Intermedio = MS (Mammalian Skeletal muscle). Forma de campana, alta probabilidad de apertura

C = Cardíaco

Marengo, Bull, Hidalgo FEBS Letters 383:56,1996.

Efecto de Ryanodina y Cafeina sobre el RyR 1

La activaciónpor Ryanodina ocurre en concentraciones micromolares, con valores mas altos se estabiliza el estado cerrado.

Nature 320: 168-170, 1986

Ratones disgénicos en que acoplamiento E-C falla, no tienen I lenta de calcio

I rápida

I lenta (enmascara Ir)

Ir se inactiva al despolarizar

Fibras esqueléticas normales

Fibras esqueléticas mutantes

El lento curso temporal de la corriente hace pensar que no participa directamente en el acoplamiento E-C pero que la proteína (canal) por donde pasa la corriente es el sensor de potencial.

Expresión del cDNA para DHP-R repara el defecto en acoplamiento E-C en ratones disgénicos

Mutante

Contracciones espontaneas

Contracciones inducidas

WT Mutante + cDNA DHP-R

Cultivos primarios de miotubos ¿Cómo medir contracción?

Nature 336: 134-139, 1988

wt mutante mutante + DHP-R

El DHP-R esquelético tiene diferentes características que el cardiaco

Miotubos disgénicos que expresan DHP-R esquelético (a) o caridaco (b)

norm - Ca norm

-Ca, + Cd

Nature 344: 451-453, 1990

esquel

cardiaco

+ Ca - Ca +Cd

Nature 346: 567-569, 1990

Regiones del DHP-R que definen “estilo” de acoplamiento

esquelético

cardiaco

3 nA esq

10 nA card

Corrientes llevadas por la subunidad del DHPR

Nature 352: 800-803, 1991

Como se determino que sector del DHPR determina cinetica de la corriente

Nature 352: 800-803, 1991Segmento S3 y linker S3-S4 del primer “repetido”

Resumen de eventos relacionados con acoplamiento E-C en músculo esquelético

“CICR” “Acoplamiento electrostatico”

En músculo cardiaco el acoplamiento es mediado por la entrada de calcio desde el exterior, “Calcium induced Calcium release”

Una despolarización mantenida induce una señal de calcio rápida y una lenta

J Cell Science 114: 3673-3683, 2001

Acoplamiento E-T: Señales lentas de calcio

Algunas características:

•La señal lenta esta relacionada con cambios en la expresión de genes tempranos.

•El sensor para la señal lenta parece ser el DHPR (ya que desaparece + nifedipina).

•La señal lenta desaparece cuando se usan inhibidores del IP3R.

•En la señal lenta prarticipan proteinas G (desaparece con toxina pertussis)

Posibles etapas involucradas en control de expresión génica mediada por actividad en músculo esquelético

Biol Res 35: 195-202, 2002