5 Az intracelluláris anionkoncentráció szabályozása
A kloridok szabályozása több folyamat összehangolásától függ (2. ábra). Egyes kloridszivárgási csatornákról feltételezték, hogy egyirányú szelepként működve csökkentik az intracelluláris kloridkoncentrációt. Ez az elképzelés abból a megfigyelésből ered, hogy az olyan kloridcsatornák, mint a ClC-2 (gén clcn2), áteresztőképesebbek a sejtből kilépő kloridra, mint a sejtbe belépő kloridra.35 Ettől a differenciális áteresztőképességtől függetlenül, amelyet rektifikációnak nevezünk, a kloridáramlás iránya továbbra is a klorid hajtóerejétől függ. Ez azt jelenti, hogy a kloridnak ritkán, vagy egyáltalán nem lesz lehetősége arra, hogy a ClC-2-n keresztül távozzon a sejtből, mivel a klorid hajtóereje szinte mindig az ellenkező irányba hat. Mivel a “szelep” nem tökéletes, a ClC-2 csatornák valójában beengedik a kloridot a sejtbe.36
A csatornák kudarca a klorid sejtből való kiengedésében rávilágít a különböző iontranszport mechanizmusok szükségességére, amelyek képesek a kloridot a gradiensével szemben mozgatni.37 A kotranszporterek vagy szimporterek két vagy több ionfaj azonos irányban mozgatnak át a sejtmembránon; a klorid a gradiensével szemben úgy tud mozogni, hogy egy másik, a gradiensével lefelé mozgó iont “malacperselyben” visz. A cserélők vagy antiporterek gyakorlatilag ugyanezt teszik, de az ellentétes irányban áramló ionfajok mozgását összekapcsolják a membránon keresztül. Az idegsejtekben a fő klorid extruder a kálium-klorid kotranszporter 2 (KCC2) (gén slc12a5). A KCC2 a kloridot a káliumionok malacaként engedi a gradiensükön lefelé és a sejtből kifelé áramló káliumionokba. A folyamat a klorid és a kálium 1:1 sztöchiometriája miatt elektronsemleges. A folyamat nem aktív, mivel nem jár közvetlenül az ATP hidrolízisével (és ezért nem szabad pumpálásnak nevezni); ehelyett a folyamat másodlagosan aktív, mivel a KCC2 a káliumgradiensre támaszkodik, amelyet a káliumot a sejtbe pumpáló nátrium-kálium ATPáz tart fenn.
A nátrium-kálium-klorid-kotranszporter 1 vagy NKCC1 (gén slc12a2) a neuronális klorid-homeosztázis másik fontos szereplője. Az NKCC1 a nátriumgradienst kihasználva káliumot és kloridot mozgat a sejtbe, így magas intracelluláris kloridkoncentrációt eredményez. Ez természetesen ellentétes azzal, ahogyan a KCC2 befolyásolja a kloridot. Az NKCC1 és a KCC2 relatív expressziója diktálja tehát az intracelluláris kloridkoncentrációt, függetlenül a különböző kloridcsatornákon, köztük az aktivált GABAA- és glicincsatornákon keresztül történő kloridterhelés hatásaitól. Számos pontot meg kell jegyezni. Először is, az NKCC1 a fejlődés korai szakaszában erősen expresszálódik, míg a KCC2 csak gyengén, de egy fejlődési váltás következik be, amely felnőttkorban fordított mintázathoz vezet.38,39 A patkány gerinc hátsó szarvában az Eanion úgy tűnik, hogy a születés után 2 hét körül éri el érett értékét,40 de a teljes klorid-kivezetési kapacitás csak 3-4 héttel a születés után érhető el41; más szóval a kloridterhelés könnyebben elnyomja a KCC2 által közvetített klorid-kivezetést a fiatal neuronokban. Másodszor, a fejlődési váltás nem következik be a primer afferens neuronokban, ami azt jelenti, hogy az NKCC1 szintje magas marad, ami magas intracelluláris kloridkoncentrációt eredményez ezekben a sejtekben42,43. Harmadszor, az NKCC1 és a KCC2 még egyetlen neuronon belül sem expresszálódik egységesen, ami magas intracelluláris kloridszintet eredményezhet egy kompartmentben (például az axon kezdeti szegmensében) és alacsony intracelluláris kloridszintet más kompartmentekben (például a szóma és a dendritek).44,45 És végül, a KCC2 kifejeződésének normális felnőttkori szintje patológiásan megváltozhat (8. szakasz).
Meg kell említeni, hogy az elektrofiziológiai felvételeket hogyan végzik, mivel ez (szándékosan vagy véletlenül) az intracelluláris kloridkoncentráció változásához vezethet. Az egész sejtes patch clamp technikával a sejtmembránt felszakítjuk, hogy elektromos hozzáférést nyerjünk a sejthez, miután a patch-pipettát a sejtmembránhoz zártuk; következésképpen a citoszol a pipettaoldattal dializálódik. A pipettaoldatot gyakran úgy tervezik, hogy kloridkoncentrációja megközelítse a természetes intracelluláris szintet, de néha szándékosan magas kloridkoncentrációjú, hogy növeljék a kloridhajtó erőt (pl. kis gátló posztszinaptikus áramok kimutatásának megkönnyítése érdekében). Mindkét megközelítés elfogadható a feltett kérdéstől függően. De mindkét esetben a sejt dializálása azt jelenti, hogy az intracelluláris klorid ténylegesen a pipettaoldat kloridszintjén vagy annak közelében van rögzítve, ami nyilvánvalóan nem alkalmas a sejt természetes kloridszintjének mérésére. Ez a probléma megoldható a perforált tapasz technikával.46 Ennek ellenére a sejt dializálása használható az extrúziós képesség vizsgálatára annak meghatározásával, hogy az intracelluláris kloridkoncentráció egyensúlyban van-e a pipettakoncentrációval, vagy a sejtnek sikerül-e alacsonyabb szintet fenntartania az extrúziós mechanizmusai miatt.47,48 Továbbá, a feszültségbilincselés során a membránpotenciált hirtelen változtatjuk és tetszőlegesen választott értékeken tartjuk, ami nagyon természetellenes kloridhajtóerőkhöz vezethet. Ahogy Ratté és Prescott kifejtette,36 az ilyen kísérleti részleteket gondosan figyelembe kell venni a félreértelmezések elkerülése érdekében.
Amint már említettük, a bikarbonát az aktivált GABAA- és glicinreceptorokon keresztül áramlik ki. Annak valószínűsége, hogy a bikarbonát-kiáramlás extracelluláris felhalmozódást okoz, alacsony, mivel a bikarbonát viszonylag korlátlanul diffundál az extracelluláris térben, de a bikarbonát-kiáramlás kimerítheti az intracelluláris bikarbonátszintet és pH-csökkenést okozhat.49 Ez azonban normális körülmények között általában nem fordul elő, mivel az intracelluláris bikarbonátot a szén-dioxid és a víz bikarbonáttá és protonokká történő átalakításával pótolja a karbonsav anhidráz enzim; gázként a szén-dioxid szabadon diffundál a sejtmembránon keresztül. Az intracelluláris bikarbonát a szénsav-anhidráz acetazolamiddal történő blokkolásával kimeríthető (és így a kiáramlás korlátozható),32 amely valójában fájdalomcsillapító hatású lehet (9. szakasz). A pH szabályozása más kémiai reakciókat és transzportmechanizmusokat is érint, és maga a bikarbonát is átkerülhet a sejtmembránon kloriddal cserébe50
.