Alai

Cardiac signalering targets

I hjärtmuskelceller initierar katekolaminbindning till G-kopplade β-adrenerga (β-AR)-receptorer en signalkaskad som ökar de intercellulära cykliska nukleotid- och kinaskoncentrationerna, som i sin tur förändrar funktionen hos sarkolemmala och intracellulära jonkanaler. De cykliska nukleotiderna i sig själva binder till vissa kanaler och ändrar deras funktion, medan PKA-fosforylering av andra jonkanaler eller deras tillbehörsproteiner, som moduleras av en varierande uppsättning A-kinasförankringsproteiner (AKAP), ger förändrad funktion till majoriteten av hjärtats elektrofysiologiska mål1.

För det första uppnås den dramatiska ökningen av hjärtfrekvensen delvis genom direkt bindning av cykliska nukleotider till hyperpolarisationsaktiverade cykliska nukleotidstyrda (HCN) kanaler som bär den ”roliga” strömmen som bidrar till diastolisk depolarisering i nodalvävnad2. Cyklisk nukleotidbindning ökar IHCN under diastole som ett resultat av en positiv förskjutning av aktiveringskurvan som snabbare depolariserar membranet vilket leder till en minskning av den tid som krävs för att nå tröskelvärdet och initiera en aktionspotential. Detta svar skiljer sig från resten av de viktigaste jonkanalerna i hjärtat eftersom det medieras direkt av bindning av cyklisk nukleotid, oberoende av serin- och threoninfosforylering.

En annan viktig väg som påverkas av β-AR-signalering är kontrollen av intercellulärt Ca2+ och därefter kontraktil kraft. Detta uppnås genom uppreglering av ett antal komponenter i Ca2+-hanteringsvägen i hjärtmuskelceller. För det första fosforyleras L-typ Ca2+-kanaler av proteinkinas A (PKA), vilket leder till en förskjutning av kanalaktiveringens spänningsberoende och en ökning av toppströmmen, vilket medför att mer Ca2+ förs in i cellen under varje slag3. Denna fosforylering förmedlas av ett A-kinasförankringsprotein (AKAP), AKAP15/18, som interagerar med kanalens intercellulära domän och för PKA till platsen. På samma sätt uppnås en ökad frisättning av Ca2+ från det sarkoplasmatiska retikulumet (SR) genom fosforylering av Ryanodinreceptorkomplexet, vilket ytterligare ökar det intercellulära Ca2+. Återigen interagerar en AKAP, AKAP6 (mAKAP), med Ryanodinreceptorn och rekryterar PKA till platsen, vilket sedan leder till en ökad frisättning av Ca2+. Ca2+-frisättning och dess kontroll av PKA är också inblandad i sinoatrialknutans kontroll av pacemaking2. Med den stora ökningen av det systoliska Ca2+-inflödet följer ett behov av att snabbare avlägsna Ca2+ under diastolen så att muskeln kan slappna av före nästa kontraktion. Detta uppnås genom ökad aktivitet av SR Ca2+ ATPas (SERCA) i närvaro av β-adrenerg stimulering. På molekylär nivå är detta resultatet av en lindring av den normala hämmningen av ATPaset av fosfolamban (PLB). När PLB fosforyleras tas dess förmåga att minska pumpaktiviteten bort.

För att möjliggöra en korrekt diastolisk fyllnadstid vid snabbare hastigheter och för att motverka den ökade inåtriktade strömmen genom Ca2+-kanaler uppregleras också den långsamma inåtriktade kaliumströmmen IKs av β-AR-signalering. IKS-kanalen har ett starkt adrenergiskt svar och utgör ett av de bästa exemplen på ett välkaraktäriserat makromolekylärt komplex som styr fosforylering och slutligen det funktionella svaret på adrenergisk stimulering. IKS-kanalens respons kräver sammontering av både α(KCNQ1)- och β(KCNE1)-underenheterna samt bindning av AKAP9 (Yotiao) till ett leucinzipper-motiv i den porbildande underenhetens carboxyterminala (C-T)-domän (figur 2)4 . Mutationer i något av dessa tre proteiner kan leda till Long QT-syndrom (varianter 1 för KCNQ1, 5 för KCNE1 och 11 för AKAP9) och minskad adrenerg respons, vilket ligger till grund för dessa patienters känslighet för arytmi under träning. AKAP9:s deltagande i IKS-komplexet är unikt eftersom det har visat sig ha både en passiv och aktiv roll i regleringen av kanalen. I studier av uttryckssystem krävs närvaron av AKAP9 för att se det karakteristiska funktionella svar som observeras in vivo oberoende av fosforylering av den porbildande α-underenheten. AKAP9 måste inte bara vara närvarande, utan fosforylering av en nyckelrest (S43) i dess aminoterminus (N-T) är avgörande för kanalens fullständiga funktionella svar på cAMP. Direktbindning av PKA, PP1, PP2a och PDE4 gör det möjligt för denna AKAP att noggrant kontrollera både sitt eget och sina bindningspartners fosforyleringstillstånd. Vår förståelse av komplexiteten hos IKS multiproteinkomplexet fortsätter att öka, liksom förståelsen av dess roller i hjärtats fysiologiska svar på adrenerg stimulering.

.