5 Reglarea concentrațiilor intracelulare de anioni
Reglarea clorurilor depinde de coordonarea mai multor procese (Fig. 2). S-a sugerat că anumite canale de scurgere a clorurilor reduc concentrația intracelulară de cloruri acționând ca niște supape unidirecționale. Această idee provine din observația conform căreia canalele de clorură, cum ar fi ClC-2 (gena clcn2), sunt mai permeabile la clorura care iese din celulă decât la cea care intră în celulă.35 Indiferent de această permeabilitate diferențială, care este denumită rectificare, direcția fluxului de clorură depinde în continuare de forța de conducere a clorurii. Acest lucru înseamnă că clorura va avea rareori sau chiar niciodată ocazia de a ieși din celulă prin ClC-2, deoarece forța motrice a clorurii este aproape întotdeauna în direcția opusă. Deoarece „supapa” este imperfectă, canalele ClC-2 lasă de fapt clorura să se scurgă în celulă.36
Eșecul canalelor de a lăsa clorura să iasă din celulă evidențiază necesitatea unor mecanisme de transport ionic diferite care pot deplasa clorura împotriva gradientului său.37 Cotransportatorii, sau simporatorii, deplasează două sau mai multe specii de ioni în aceeași direcție de-a lungul membranei celulare; clorura se poate deplasa împotriva gradientului său prin suprapunerea unui alt ion care se deplasează în josul gradientului său. Schimbătorii, sau antiportatorii, fac efectiv același lucru, dar prin cuplarea mișcării speciilor de ioni care curg în direcții opuse de-a lungul membranei. Principalul extractor de clorură din neuroni este cotransportatorul potasiu-clorură 2 (KCC2) (gena slc12a5). KCC2 permite clorurii să piggyback ioni de potasiu care curg pe gradientul lor și ies din celulă. Procesul este electroneutru datorită stoichiometriei 1:1 a clorurii și potasiului. Procesul nu este activ în măsura în care nu implică în mod direct hidroliza ATP (și, prin urmare, nu ar trebui să fie denumit pompare); în schimb, procesul este activ în mod secundar, deoarece KCC2 se bazează pe gradientul de potasiu care este menținut de ATPaza sodiu-potasiu, care pompează potasiu în celulă.
Cotransportatorul sodiu-potasiu-clorură 1 sau NKCC1 (gena slc12a2) este un alt contributor important la homeostazia neuronală a clorurii. NKCC1 exploatează gradientul de sodiu pentru a muta potasiul și clorura în celulă, rezultând astfel o concentrație intracelulară ridicată de clorură. Aceasta este, desigur, opusul modului în care KCC2 afectează clorura. Expresia relativă a NKCC1 și KCC2 dictează astfel concentrația intracelulară de clorură, în ciuda efectelor încărcăturii de clorură prin diferite canale de clorură, inclusiv canalele GABAA și glicină activate. Trebuie remarcate câteva aspecte. În primul rând, NKCC1 este puternic exprimat la începutul dezvoltării, în timp ce KCC2 este doar slab exprimat, dar are loc o schimbare de dezvoltare care duce la modelul invers la vârsta adultă.38,39 În cornul dorsal spinal al șobolanului, Eanion pare să atingă valoarea sa matură în jurul a 2 săptămâni după naștere,40 dar capacitatea completă de extrudare a clorurii nu este atinsă până la 3-4 săptămâni după naștere41; cu alte cuvinte, sarcinile de clorură copleșesc mai ușor extrudarea clorurii mediată de KCC2 în neuronii tineri. În al doilea rând, schimbarea de dezvoltare nu are loc în neuronii aferenți primari, ceea ce înseamnă că nivelurile NKCC1 rămân ridicate, ceea ce duce la concentrații intracelulare ridicate de clorură în aceste celule42,43. În al treilea rând, NKCC1 și KCC2 nu sunt exprimate în mod uniform chiar și în cadrul unui singur neuron, ceea ce poate duce la un nivel ridicat de clorură intracelulară într-un compartiment (cum ar fi segmentul inițial al axonului) și la un nivel scăzut de clorură intracelulară în alte compartimente (cum ar fi soma și dendritele).44,45 Și, în cele din urmă, nivelurile normale la adult ale expresiei KCC2 pot fi alterate în mod patologic (secțiunea 8).
Trebuie făcută o mențiune cu privire la modul în care sunt efectuate înregistrările electrofiziologice, deoarece acest lucru poate conduce (în mod deliberat sau involuntar) la modificări ale concentrației intracelulare de clorură. În cazul tehnicii patch clamp cu celule întregi, membrana celulară este ruptă pentru a avea acces electric la celulă după ce pipeta patch este sigilată de membrana celulară; în consecință, citosolul este dializat cu soluția de pipetă. Soluția de pipetă este adesea concepută pentru a avea o concentrație de clorură apropiată de nivelul intracelular natural, dar uneori are în mod deliberat o concentrație mare de clorură pentru a crește forța de conducere a clorurii (de exemplu, pentru a facilita detectarea curenților postsinaptici inhibitori mici). Oricare dintre cele două abordări este acceptabilă, în funcție de întrebarea adresată. Dar, în ambele cazuri, dializarea celulei înseamnă că clorura intracelulară este efectiv fixată la sau aproape de nivelul de clorură din soluția de pipetă, ceea ce, evident, nu este adecvat pentru măsurarea nivelului natural de clorură din celulă. Această problemă poate fi rezolvată prin utilizarea tehnicii patch-ului perforat.46 Acestea fiind spuse, dializa celulei poate fi utilizată pentru a testa capacitatea de extrudare, determinând dacă concentrația intracelulară de clorură se echilibrează cu concentrația din pipetă sau dacă celula reușește să mențină un nivel mai scăzut datorită mecanismelor sale de extrudare.47,48 Mai mult, în cazul cleștelui de tensiune, potențialul de membrană este modificat brusc și menținut la valori alese în mod arbitrar, ceea ce poate duce la forțe de conducere a clorurii foarte nefirești. După cum au explicat Ratté și Prescott,36 astfel de detalii experimentale trebuie luate în considerare cu atenție pentru a evita interpretările eronate.
După cum s-a menționat deja, bicarbonatul iese prin receptorii GABAA și glicină activați. Probabilitatea ca efluxul de bicarbonat să provoace o acumulare extracelulară este scăzută, având în vedere difuzia relativ nerestricționată a bicarbonatului în spațiul extracelular, dar efluxul de bicarbonat poate epuiza nivelurile intracelulare de bicarbonat și poate provoca o scădere a pH-ului.49 Cu toate acestea, acest lucru tinde să nu se întâmple în condiții normale, deoarece bicarbonatul intracelular este refăcut prin conversia dioxidului de carbon și a apei în bicarbonat și protoni de către enzima anhidraza carbonică; ca gaz, dioxidul de carbon difuzează liber prin membrana celulară. Bicarbonatul intracelular poate fi epuizat (iar efluxul său poate fi astfel diminuat) prin blocarea anhidrazei carbonice de către acetazolamidă32 , care poate avea, de fapt, efecte analgezice (secțiunea 9). Reglarea pH-ului implică alte reacții chimice și mecanisme de transport, iar bicarbonatul însuși poate fi transferat prin membrana celulară în schimbul clorurii.50
.