Alai

Mål for signalering i hjertet

I hjertemyocytter initierer katekolaminbinding til G-koblede β-adrenerge (β-AR)-receptorer en signalkaskade, der øger intercellulære cykliske nukleotid- og kinase-koncentrationer, som igen ændrer funktionen af sarkolemmale og intracellulære ionkanaler. De cykliske nukleotider binder sig selv til nogle kanaler og ændrer deres funktion, mens PKA-fosforylering af andre ionkanaler eller deres accessoriske proteiner, der moduleres af et varieret sæt A-kinaseforankringsproteiner (AKAP), giver ændrede funktioner til de fleste af de elektrofysiologiske mål i hjertet1.

For det første opnås den dramatiske stigning i hjertefrekvensen til dels ved direkte binding af cykliske nukleotider til hyperpolarisationsaktiverede cykliske nukleotid-gated (HCN)-kanaler, der bærer den “sjove” strøm, som bidrager til diastolisk depolarisering i nodalvæv2. Cyklisk nukleotidbinding øger IHCN under diastolen som følge af en positiv forskydning af aktiveringskurven, der hurtigere depolariserer membranen, hvilket fører til et fald i den tid, der er nødvendig for at nå tærskelværdien og initiere et aktionspotentiale. Dette respons adskiller sig fra resten af de vigtigste ionkanaler i hjertet, da det er medieret direkte af binding af cyklisk nukleotid, uafhængigt af serin- og threoninfosforylering.

En anden vigtig vej, der påvirkes af β-AR-signalering, er kontrollen af intercellulær Ca2+ og efterfølgende kontraktile kraft. Dette opnås ved opregulering af en række komponenter i Ca2+-håndteringsvejen i kardiale myocytter. For det første fosforyleres L-type Ca2+-kanaler af proteinkinase A (PKA), hvilket fører til en forskydning i kanalaktiveringens spændingsafhængighed og en forøgelse af spidsstrømmen, hvorved der kommer mere Ca2+ ind i cellen under hvert slag3. Denne fosforylering formidles af et A-kinaseforankringsprotein (AKAP), AKAP15/18, som interagerer med kanalens intercellulære domæne og bringer PKA til stedet. På samme måde opnås en stigning i frigivelsen af Ca2+ fra det sarkoplasmatiske retikulum (SR) via fosforylering af Ryanodinreceptorkomplekset, hvilket øger den intercellulære Ca2+ yderligere. Igen interagerer en AKAP, AKAP6 (mAKAP), med Ryanodinreceptoren og rekrutterer PKA til stedet, hvilket fører til en øget Ca2+-frigivelse. Ca2+-frigivelse og dens kontrol af PKA er også involveret i sinoatrialknudens kontrol af pacemaking2. Med den store stigning i den systoliske Ca2+-tilstrømning følger en nødvendighed af at fjerne Ca2+ hurtigere i diastolen, så musklen kan slappe af før den næste kontraktion. Dette opnås ved øget aktivitet af SR Ca2+ ATPase (SERCA) ved tilstedeværelse af β-adrenerge stimulering. På molekylært plan er dette et resultat af en lempelse af den normale hæmning af ATPasen af phospholamban (PLB). Når PLB fosforyleres, fjernes dens evne til at nedsætte pumpeaktiviteten.

For at muliggøre en korrekt diastolisk fyldningstid ved hurtigere hastigheder og for at modvirke den øgede indadgående strøm gennem Ca2+-kanaler opreguleres den langsomme indadrettede kaliumstrøm IKs også af β-AR-signalering. IKS-kanalen har et stærkt adrenergisk respons og repræsenterer et af de bedste eksempler på et velkarakteriseret makromolekylært kompleks, der styrer fosforylering og i sidste ende det funktionelle respons på adrenergisk stimulering. IKS-kanalens respons kræver sammontering af både α(KCNQ1)- og β(KCNE1)-underenhederne samt binding af AKAP9 (Yotiao) til et leucin-zipper-motiv i den poredannende underenheds carboxyterminale (C-T)-domæne (Figur 2)4 . Mutationer i et af disse tre proteiner kan føre til Long QT-syndrom (variant 1 for KCNQ1, variant 5 for KCNE1 og variant 11 for AKAP9) og nedsat adrenergisk respons, hvilket ligger til grund for disse patienters modtagelighed for arytmi under træning. AKAP9’s deltagelse i IKS-komplekset er enestående, idet den har vist sig at have både en passiv og aktiv rolle i reguleringen af kanalen. I ekspressionssystemundersøgelser er tilstedeværelsen af AKAP9 nødvendig for at se det karakteristiske funktionelle respons, der er observeret in vivo, uafhængigt af fosforylering af den poredannende α-underenhed. Ikke alene skal AKAP9 være til stede, men fosforylering af en nøglerest (S43) i dens amineterminus (N-T) er afgørende for kanalens fulde funktionelle respons på cAMP. Direkte binding af PKA, PP1, PP2a og PDE4 gør det muligt for denne AKAP at kontrollere både dens og dens bindingspartneres fosforyleringstilstand nøje. Vores forståelse af kompleksiteten af IKS-multiproteinkomplekset fortsætter med at vokse, og det samme gør forståelsen af dets roller i hjertets fysiologiske respons på adrenergisk stimulering.