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Making, Testing, and Using Potassium Ion Selective Microelectrodes in Tissue Slices of Adult Brain

Potassium ions significantly contribute to the resting membrane potential of cells and, therefore, extracellular K+ concentration is a crucial regulator ...

University of California Los Angeles

Cooperativity &#xC0DD;&#xBB3C; &#xD559;&#xC801; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC5D0;&#xC11C; &#xBD84;&#xC790; &#xC0C1;&#xD638; &#xC791;&#xC6A9;&#xC758; &#xAC00;&#xC7A5; &#xC911;&#xC694; &#xD55C; &#xC18D;&#xC131; &#xC911; &#xD558;&#xB098;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xADF8;&#xAC83;&#xC740; &#xB2A5;&#xB825; &#xAC19;&#xC740; &#xBD84;&#xC790;&#xC758; &#xB2E4;&#xB978; &#xC0AC;&#xC774;&#xD2B8;&#xC5D0; &#xC774;&#xC804; &#xB9AC;&#xAC04;&#xB4DC; &#xBC14;&#xC778;&#xB529;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xACE0;&#xBD84;&#xC790;&#xC758; &#xD55C; &#xC0AC;&#xC774;&#xD2B8;&#xC5D0;&#xC11C; ligand &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC601;&#xD5A5;. &#xACB0;&#xACFC;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xB9AC;&#xAC04;&#xB4DC;&#xB294; &#xACE0;&#xBD84;&#xC790;&#xC758; &#xC120;&#xD638;&#xB3C4; &#xAC10;&#xC18C; (&#xB124;&#xAC70;&#xD2F0;&#xBE0C; cooperativity) &#xB610;&#xB294; &#xC99D;&#xAC00; (&#xC591;&#xC218; cooperativity). &#xD5E4;&#xBAA8;&#xAE00;&#xB85C;&#xBE48;&#xC744; o 2 &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xD611;&#xB825; ligand &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xBC0F; allosteric &#xBCC0;&#xC870;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xD328;&#xB7EC;&#xB2E4;&#xC784;&#xC744; &#xC5ED;&#xC784; &#xD588;&#xB2E4; &#xC9C0;&#xB09C; 100 &#xB144; &#xB3D9;&#xC548;, &#xADF8;&#xB9AC;&#xACE0; 4 &#xAC1C;&#xC758; &#xC2E4;&#xC6A9;&#xC801;&#xC778; &#xBAA8;&#xB378; &#xC591;&#xC801; &#xBA54;&#xCEE4;&#xB2C8;&#xC998;&#xC744; &#xC124;&#xBA85; &#xD558;&#xAE30; &#xC704;&#xD574; &#xAC1C;&#xBC1C; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4;: &#xC5B8;&#xB355;&#xB85C; &#xC2DC;; Monod-&#xC640;&#xC774;&#xBA3C;-Changeux, &#xBC0F; Koshland-N&eacute;methy-Filmer &#xBAA8;&#xB378;. &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xBAA8;&#xB378;&#xC758; &#xC608;&#xCE21; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xBC18;&#xC751;&#xC774; &#xD3C9;&#xD615; &#xC0C1;&#xD0DC;&#xC5D0; &#xC788;&#xC744; &#xB54C; &#xC815;&#xC801; &#xC870;&#xAC74;&#xC5D0;&#xC11C; &#xC801;&#xC6A9; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xADF8;&#xB7EC;&#xB098; &#xC0DD;&#xB9AC; &#xC801; &#xC124;&#xC815;, &#xC608;&#xB97C; &#xB4E4;&#xC5B4;, &#xD55C; &#xC140;&#xC758; &#xC548;&#xCABD;&#xC5D0; &#xD0C0;&#xC774;&#xBC0D; &#xBC0F; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC774;&#xBCA4;&#xD2B8;&#xC758; &#xC5ED;&#xD559; &#xD544;&#xC218;&#xC801;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xB530;&#xB77C;&#xC11C;, &#xADF8;&#xAC83;&#xC740; cooperativity&#xC758; &#xC0DD;&#xB9AC; &#xC801;&#xC778; &#xC758;&#xBBF8;&#xB97C; &#xC644;&#xC804;&#xD788; &#xC774;&#xD574; &#xD611;&#xB825; &#xBC14;&#xC778;&#xB529;&#xC758; &#xB3D9;&#xC801; &#xC18D;&#xC131;&#xC744; &#xACB0;&#xC815; &#xD558;&#xB294; &#xB370; &#xD544;&#xC694;&#xD55C;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xAE4C;&#xC9C0;, Monod &#xC640;&#xC774;&#xBA3C; Changeux &#xBAA8;&#xB378; &#xC0DD;&#xBB3C;&#xD559;&#xC801; &#xD65C;&#xC131; &#xBD84;&#xC790;&#xB97C; &#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC18D;&#xB3C4; &#xACB0;&#xC815;&#xC5D0; &#xC801;&#xC6A9; &#xB418;&#xC5C8;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC774; &#xBAA8;&#xB378;&#xC5D0;&#xC11C; cooperativity postulating &#xB450; allosteric isoforms &#xB2E4;&#xB978; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC18D;&#xC131;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xC124;&#xC815; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xADF8;&#xB7EC;&#xB098;, &#xC774;&#xB7EC;&#xD55C; &#xC5F0;&#xAD6C; &#xC5B4;&#xB514; allosteric isoforms &#xAC04;&#xC758; &#xC804;&#xD658; &#xC18D;&#xB3C4; &#xB9CE;&#xC774; &#xB290;&#xB9B0; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC694;&#xAE08; &#xBCF4;&#xB2E4; &#xB610;&#xB294; &#xC5B4;&#xB514; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xBC0F; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xD574;&#xC81C; &#xC694;&#xAE08; &#xC218; &#xC218; &#xCE21;&#xC815; &#xB3C5;&#xB9BD;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xD2B9;&#xBCC4; &#xD55C; &#xACBD;&#xC6B0;&#xC5D0; &#xC81C;&#xD55C; &#xB418;&#xC5B4; &#xC788;&#xC5C8;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xB2E4;&#xB978; &#xBAA8;&#xB4E0; &#xACBD;&#xC6B0;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xBCF5;&#xC7A1; &#xD55C; &#xC218;&#xD559;&#xC801; &#xC124;&#xBA85; &#xAC04;&#xB2E8; &#xD574;&#xC11D;&#xC744; &#xAC78;&#xB85C; &#xD558;&#xACA0;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC5EC;&#xAE30;, &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00; &#xCC98;&#xC74C;&#xC73C;&#xB85C; calretinin&#xC5D0; Ca2 +&#xC758; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xD504;&#xB85C;&#xC138;&#xC2A4;&#xC758; &#xBE60;&#xB978; &#xC5ED;&#xD559; &#xACC4;&#xC0B0;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xBCF4;&#xACE0;&#xC11C;. Calretinin&#xB294; Ca2 +-4 &#xD611;&#xB3D9; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC0AC;&#xC774;&#xD2B8;&#xC640; &#xD558;&#xB098;&#xC758; &#xB3C5;&#xB9BD;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC0AC;&#xC774;&#xD2B8; &#xB2E8;&#xBC31;&#xC9C8; &#xBC14;&#xC778;&#xB529;. Calretinin&#xC5D0; Ca2 + &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xBD80;&#xD328; &#xBB34;&#xB8CC; Ca2 +&#xC758; &#xBE60;&#xB978; &#xD615;&#xAD11; Ca2 + &#xD45C;&#xC2DC;&#xAE30;&#xB97C; &#xC2E0;&#xC18D; &#xD558; &#xAC8C; &#xB2E4;&#xC74C;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC; &#xCE21;&#xC815; &#xD558; &#xC5EC; &#xD3C9;&#xAC00; &#xB418;&#xC5C8;&#xB2E4; (&lt; 50-&#xBA38; &#xC2A4; &#xC0C1;&#xC2B9; &#xC2DC;&#xAC04;) Ca2 + &#xB18D;&#xB3C4; &#xC810;&#xD504; DM nitrophen&#xC5D0;&#xC11C; uncaging Ca2 +&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xC720;&#xB3C4;. &#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC18D;&#xB3C4; &#xB860;&#xC744; &#xD574;&#xBA85; &#xD558;&#xAE30; &#xC6B0;&#xB9AC; &#xC18C;&#xC124;&#xACFC; &#xC0C1;&#xB300;&#xC801;&#xC73C;&#xB85C; &#xAC04;&#xB2E8;&#xD55C; &#xBAA8;&#xB378; &#xC54C;&#xB824;&#xC9C4;&#xB41C; &#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xBAA8;&#xB378;&#xC744; &#xAE30;&#xBC18;&#xC73C;&#xB85C; &#xD558;&#xB294; &#xC5EC;&#xB7EC; &#xAC00;&#xC9C0; &#xBC29;&#xBC95;&#xC744; &#xACE0;&#xC548;. &#xC774; &#xBAA8;&#xB378; calretinin &#xC140;&#xB8F0;&#xB7EC; Ca2 + &#xB808; &#xADE4; &#xB808;&#xC774; &#xC158;&#xC758; &#xC608;&#xAE30;&#xCE58; &#xBABB;&#xD55C; &#xBC0F; &#xB9E4;&#xC6B0; &#xB192;&#xC740; &#xBE44;&#xC120;&#xD615; &#xC18D;&#xC131; &#xACF5;&#xAC1C;. Calretinin Ca2 +&#xC758; &#xC5F0;&#xACB0; &#xC18D;&#xB3C4; &#xC138;&#xD3EC;&#xC9C8; &#xD734;&#xC2DD; &#xC870;&#xAC74;&#xC5D0;&#xC11C; &#xBB34;&#xB8CC; Ca2 + &#xB18D;&#xB3C4;&#xAC00; &#xC99D;&#xAC00; &#xD568;&#xC5D0; &#xB530;&#xB77C; &#xCD5C;&#xB300; &#xC18D;&#xB3C4; (&#xC57D; 100 nM) &#xC57D; 1 &#xC5C4;&#xB9C8;&#xB97C;. &#xADF8; &#xACB0;&#xACFC;, calretinin&#xC758; Ca2 + &#xBC84;&#xD37C;&#xB9C1; &#xC18D;&#xB3C4; &#xB192;&#xC740; &#xC774;&#xC804;&#xC5D0; &#xC12D; &#xB3D9; &#xD604;&#xC0C1; Ca2 + &#xB18D;&#xB3C4;&#xC5D0; &#xB530;&#xB77C; &#xB2EC;&#xB77C; &#xC9D1;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC140;&#xB8F0;&#xB7EC; Ca2 + &#xBC84;&#xD37C;&#xB9C1;&#xC758; &#xD589;&#xB3D9;&#xC758; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; &#xBAA8;&#xB4DC;&#xB97C; &#xC81C;&#xACF5;&#xD560; &#xBFD0;&#xB9CC; &#xC544;&#xB2C8;&#xB77C; &#xC6B0;&#xB9AC;&#xC758; &#xBAA8;&#xB378; &#xB118;&#xC5B4; &#xC815;&#xC801; &#xC548;&#xC815; &#xC0C1;&#xD0DC; &#xC870;&#xAC74;, &#xC5ED;&#xD559; &#xC870;&#xC0AC;&#xC640; &#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529; &#xC77C;&#xBC18;&#xC801;&#xC758; &#xAE30;&#xB2A5;&#xC801; &#xC911;&#xC694;&#xC131;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xAC15;&#xB825;&#xD55C; &#xB3C4;&#xAD6C;&#xB97C; &#xC81C;&#xACF5; &#xD558;&#xB294; cooperativity&#xC758; &#xBD84;&#xC11D;&#xC744; &#xD655;&#xC7A5; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;.

&#xD611;&#xB825;&#xC801;&#xC778; &#xBC14;&#xC778;&#xB529;&#xC758; &#xBE60;&#xB978; &#xC18D;&#xB3C4; &#xB860; &#xD574;&#xACB0;: Ca2 + calretinin&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xBC84;&#xD37C;&#xB9C1; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;.

Cooperatividad es una de las propiedades m&#xE1;s importantes de las interacciones moleculares en sistemas biol&#xF3;gicos. Es la capacidad de influir en la uni&#xF3;n del ligando a un sitio de una macromol&#xE9;cula por la uni&#xF3;n del ligando anterior en otro sitio de la misma mol&#xE9;cula. Como consecuencia, la afinidad de la macromol&#xE9;cula para el ligando o bien se redujo (cooperatividad negativa) o mayor (cooperatividad positiva). En los &#xFA;ltimos 100 a&#xF1;os, la uni&#xF3;n a la hemoglobina de O2 ha servido como el paradigma de la modulaci&#xF3;n de la cooperativa ligando vinculante y alost&#xE9;rico, y cuatro modelos de pr&#xE1;cticas se han desarrollado para describir cuantitativamente el mecanismo: la colina, el Adair-Klotz, la Monod-Wyman-Changeux, y los modelos de Koshland-Filmer N&#xE9;methy. Las predicciones de estos modelos se aplican bajo condiciones est&#xE1;ticas cuando las reacciones de uni&#xF3;n est&#xE1;n en equilibrio. Sin embargo, en un entorno fisiol&#xF3;gico, por ejemplo, dentro de una celda, la temporizaci&#xF3;n y la din&#xE1;mica de los eventos de uni&#xF3;n son esenciales. Por lo tanto, es necesario determinar las propiedades din&#xE1;micas de uni&#xF3;n cooperativa para comprender plenamente las consecuencias fisiol&#xF3;gicas de cooperatividad. Hasta la fecha, el modelo de Monod-Wyman-Changeux se aplic&#xF3; para determinar la cin&#xE9;tica de la uni&#xF3;n cooperativa de mol&#xE9;culas biol&#xF3;gicamente activas. En este modelo, se establece cooperatividad postulando dos isoformas alost&#xE9;ricos con diferentes propiedades de uni&#xF3;n. Sin embargo, estos estudios se limitaron a casos especiales, donde las tasas de transici&#xF3;n entre las isoformas alost&#xE9;ricos son mucho m&#xE1;s lentos que los tipos de uni&#xF3;n, o cuando las tasas de atar y desatar se puede medir de forma independiente. Para todos los dem&#xE1;s casos, la descripci&#xF3;n matem&#xE1;tica compleja se opone a las interpretaciones sencillas. En este sentido, un informe sobre el c&#xE1;lculo, por primera vez la din&#xE1;mica r&#xE1;pida de un proceso cooperativo de uni&#xF3;n, la uni&#xF3;n de Ca2 + para calretinina. Calretinina es una Ca2 +-prote&#xED;na de uni&#xF3;n con cuatro sitios de uni&#xF3;n de cooperaci&#xF3;n y un sitio de uni&#xF3;n independiente. El Ca2 + se une a la calretinina se evalu&#xF3; mediante la medici&#xF3;n de la decadencia de Ca2 + libre utilizando un Ca2 + indicador fluorescente r&#xE1;pida despu&#xE9;s de los r&#xE1;pidos (&#x26;lt;50-mus tiempo de subida) de concentraci&#xF3;n de Ca2 + saltos inducidos por uncaging Ca2 + de la DM-nitrophen. Para desentra&#xF1;ar la cin&#xE9;tica de la uni&#xF3;n cooperativa, hemos ideado varios m&#xE9;todos basados &#x200B;&#x200B;en modelos conocidos de cooperaci&#xF3;n vinculantes, lo que resulta en una novela y un modelo relativamente simple. Este modelo revel&#xF3; propiedades no lineales inesperados y muy espec&#xED;fico de celular Ca2 + regulaci&#xF3;n por calretinina. La tasa de asociaci&#xF3;n de Ca2 + con calretinina se acelera como el Ca2 + libre aumenta la concentraci&#xF3;n del citoplasma condiciones de reposo (aproximadamente 100 nm) a aproximadamente 1 mam&#xE1;. Como consecuencia, la velocidad de Ca2 + tamp&#xF3;n de calretinina depende altamente de la Ca2 + prevaleciente concentraci&#xF3;n antes de una perturbaci&#xF3;n. Adem&#xE1;s de proporcionar un nuevo modo de acci&#xF3;n de la telefon&#xED;a celular de Ca2 + buffering, nuestro modelo se extiende el an&#xE1;lisis de la cooperatividad m&#xE1;s all&#xE1; de la est&#xE1;tica condici&#xF3;n de estado estable, proporcionando una potente herramienta para la investigaci&#xF3;n de la din&#xE1;mica y el significado funcional de la uni&#xF3;n cooperativa en general.

La resoluci&#xF3;n de la cin&#xE9;tica de la Cooperativa Fast Encuadernaci&#xF3;n: Ca2 + por el almacenamiento en b&#xFA;fer Calretinina

&#x4F9D;&#x4ECE;&#x662F;&#x5206;&#x5B50;&#x95F4;&#x4F5C;&#x7528;&#x529B;&#x7684;&#x6700;&#x91CD;&#x8981;&#x7684;&#x5C5E;&#x6027;&#x4E4B;&#x4E00;&#x751F;&#x7269;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x4E2D;&#x3002;&#x5B83;&#x662F;&#x5F71;&#x54CD;&#x9AD8;&#x5206;&#x5B50;&#x7531;&#x4EE5;&#x524D;&#x7684;&#x914D;&#x4F53;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x5728;&#x540C;&#x4E00;&#x5206;&#x5B50;&#x7684;&#x53E6;&#x4E00;&#x4E2A;&#x7AD9;&#x70B9;&#x4E0A;&#x7684;&#x4E00;&#x4E2A;&#x7AD9;&#x70B9;&#x4E0A;&#x7684;&#x914D;&#x4F53;&#x7ED3;&#x5408;&#x7684;&#x80FD;&#x529B;&#x3002;&#x56E0;&#x6B64;&#xFF0C;&#x9AD8;&#x5206;&#x5B50;&#x5BF9;&#x914D;&#x4F53;&#x7684;&#x4EB2;&#x548C;&#x529B;&#x662F;&#x51CF;&#x5C11; &#xFF08;&#x6D88;&#x6781;&#x4F9D;&#x4ECE;) &#x6216;&#x589E;&#x52A0; (&#x79EF;&#x6781;&#x534F;&#x540C;&#x6027;&#xFF09;&#x3002;O2 &#x7ED1;&#x5B9A;&#x5230;&#x8840;&#x7EA2;&#x86CB;&#x767D;&#x8FC7;&#x53BB; 100 &#x591A;&#x5E74;&#x6765;&#xFF0C;&#x4E00;&#x76F4;&#x4F5C;&#x4E3A;&#x5408;&#x4F5C;&#x7684;&#x914D;&#x4F53;&#x7ED3;&#x5408;&#x4E0E;&#x53D8;&#x6784;&#x8C03;&#x5236;&#x3001; &#x8303;&#x5F0F;&#x548C;&#x56DB;&#x4E2A;&#x5B9E;&#x7528;&#x673A;&#x578B;&#x4E86;&#x5B9A;&#x91CF;&#x63CF;&#x8FF0;&#x673A;&#x5236;&#xFF1A; &#x5C71;&#x3001; Adair &#x5916;&#x8863;&#x3001; &#x83AB;&#x667A;&#x548C;&#x6000; Changeux&#xFF0C;Koshland-N&eacute;methy-&#x6210;&#x819C;&#x5242;&#x6A21;&#x578B;&#x3002;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x6A21;&#x578B;&#x7684;&#x9884;&#x6D4B;&#x5E94;&#x7528;&#x5728;&#x9759;&#x6001;&#x6761;&#x4EF6;&#x4E0B;&#x65F6;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x53CD;&#x5E94;&#x5904;&#x4E8E;&#x5E73;&#x8861;&#x72B6;&#x6001;&#x3002;&#x7136;&#x800C;&#xFF0C;&#x5728;&#x751F;&#x7406;&#x8BBE;&#x7F6E;&#xFF0C;&#x4F8B;&#x5982;&#xFF0C;&#x5728;&#x5355;&#x5143;&#x683C;&#x5185;&#x7684;&#x8BA1;&#x65F6;&#x548C;&#x52A8;&#x6001;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x4E8B;&#x4EF6;&#x81F3;&#x5173;&#x91CD;&#x8981;&#x3002;&#x56E0;&#x6B64;&#xFF0C;&#x6709;&#x5FC5;&#x8981;&#x786E;&#x5B9A;&#x5408;&#x4F5C;&#x8981;&#x5145;&#x5206;&#x7406;&#x89E3;&#x4F9D;&#x4ECE;&#x7684;&#x751F;&#x7406;&#x5F71;&#x54CD;&#x7684;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x7684;&#x52A8;&#x6001;&#x5C5E;&#x6027;&#x3002;&#x5230;&#x76EE;&#x524D;&#x4E3A;&#x6B62;&#xFF0C;&#x83AB;&#x667A;&#x548C;-&#x6000;-Changeux &#x6A21;&#x578B;&#x88AB;&#x5E94;&#x7528;&#x6765;&#x786E;&#x5B9A;&#x5408;&#x4F5C;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x5230;&#x5177;&#x6709;&#x751F;&#x7269;&#x6D3B;&#x6027;&#x7684;&#x5206;&#x5B50;&#x53CD;&#x5E94;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x3002;&#x5728;&#x6B64;&#x6A21;&#x578B;&#x4E2D;&#xFF0C;&#x4F9D;&#x4ECE;&#x88AB;&#x8BBE;&#x7ACB;&#x7684;&#x5047;&#x5B9A;&#x4E24;&#x4E2A;&#x53D8;&#x6784;&#x9176;&#x5177;&#x6709;&#x4E0D;&#x540C;&#x7684;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x5C5E;&#x6027;&#x3002;&#x7136;&#x800C;&#xFF0C;&#x8FD9;&#x4E9B;&#x7814;&#x7A76;&#x90FD;&#x5C40;&#x9650;&#x4E8E;&#x7279;&#x6B8A;&#x60C5;&#x51B5;&#x4E0B;&#xFF0C;&#x53D8;&#x6784;&#x9176;&#x4E4B;&#x95F4;&#x7684;&#x8FC7;&#x6E21;&#x7387;&#x54EA;&#x91CC;&#x8981;&#x6162;&#x5F97;&#x591A;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x7387;&#x6BD4;&#x6216;&#x53EF;&#x72EC;&#x7ACB;&#x8861;&#x91CF;&#x7684;&#x7EA6;&#x675F;&#x529B;&#x548C;&#x89E3;&#x9664;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x7387;&#x3002;&#x5BF9;&#x4E8E;&#x6240;&#x6709;&#x5176;&#x4ED6;&#x60C5;&#x51B5;&#x4E0B;&#xFF0C;&#x590D;&#x6742;&#x7684;&#x6570;&#x5B66;&#x63CF;&#x8FF0;&#x6392;&#x9664;&#x4E86;&#x7B80;&#x5355;&#x660E;&#x4E86;&#x7684;&#x89E3;&#x91CA;&#x3002;&#x5728;&#x8FD9;&#x91CC;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x5173;&#x4E8E;&#x8BA1;&#x7B97;&#x7B2C;&#x4E00;&#x6B21;&#x5408;&#x4F5C;&#x7684;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x4E2D;&#xFF0C;&#x5BF9;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x7684; Ca2 + &#x7ED1;&#x5B9A;&#x7684;&#x5FEB;&#x901F;&#x52A8;&#x6001;&#x62A5;&#x544A;&#x3002;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x662F; Ca2 +-&#x7ED3;&#x5408;&#x86CB;&#x767D;&#x4E0E;&#x56DB;&#x4E2A;&#x5408;&#x4F5C;&#x7684;&#x7ED3;&#x5408;&#x70B9;&#x548C;&#x4E00;&#x4E2A;&#x72EC;&#x7ACB;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x7AD9;&#x70B9;&#x3002;Ca2 + &#x7ED1;&#x5B9A;&#x5230;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x7531;&#x6D4B;&#x91CF;&#x7684;&#x8870;&#x53D8;&#x514D;&#x8D39; Ca2 + &#x4F7F;&#x7528;&#x5FEB;&#x901F;&#x8367;&#x5149; Ca2 + &#x6307;&#x6807;&#x540E;&#x5FEB;&#x901F;&#x8BC4;&#x4F30; &#xFF08;&lt; 50 &#x4EA9;&#x4E0A;&#x5347;&#x65F6;&#x95F4;&#xFF09; Ca2 + &#x6D53;&#x5EA6;&#x8DF3;&#x8F6C;&#x81F4; uncaging Ca2 + &#x4ECE; DM-nitrophen&#x3002;&#x89E3;&#x5F00;&#x7684;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x7814;&#x7A76;&#x5408;&#x4F5C;&#x5177;&#x6709;&#x7EA6;&#x675F;&#x529B;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x5236;&#x8BA2;&#x4E86;&#x57FA;&#x4E8E;&#x5DF2;&#x77E5;&#x5408;&#x4F5C;&#x7ED1;&#x5B9A;&#x6A21;&#x578B;&#x7684;&#x51E0;&#x79CD;&#x65B9;&#x6CD5;&#x5BFC;&#x81F4;&#x5C0F;&#x8BF4;&#x548C;&#x76F8;&#x5BF9;&#x7B80;&#x5355;&#x7684;&#x6A21;&#x578B;&#x3002;&#x6B64;&#x6A21;&#x578B;&#x63ED;&#x793A;&#x7684;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x7EC6;&#x80DE; Ca2 + &#x8C03;&#x63A7;&#x7684;&#x610F;&#x5916;&#x548C;&#x975E;&#x5E38;&#x5177;&#x4F53;&#x7684;&#x975E;&#x7EBF;&#x6027;&#x6027;&#x8D28;&#x3002;&#x534F;&#x4F1A;&#x7684; Ca2 + &#x4E0E;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x52A0;&#x901F;&#x4F5C;&#x4E3A;&#x514D;&#x8D39;&#x7684; Ca2 + &#x6D53;&#x5EA6;&#x589E;&#x52A0;&#x4ECE;&#x7EC6;&#x80DE;&#x8D28;&#x4F11;&#x606F;&#x6761;&#x4EF6; &#xFF08;&#x5927;&#x7EA6; 100 nM&#xFF09; &#x5230;&#x5927;&#x7EA6; 1 &#x5988;&#x5988;&#x3002;&#x56E0;&#x6B64;&#xFF0C;&#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D; Ca2 + &#x7F13;&#x51B2;&#x901F;&#x5EA6;&#x9AD8;&#x5EA6;&#x53D6;&#x51B3;&#x4E8E;&#x5F53;&#x65F6; Ca2 + &#x6D53;&#x5EA6;&#x524D;&#x6444;&#x52A8;&#x3002;&#x9664;&#x4E86;&#x63D0;&#x4F9B;&#x65B0;&#x578B;&#x7684;&#x7EC6;&#x80DE; Ca2 + &#x7F13;&#x51B2;&#x7684;&#x884C;&#x52A8;&#x6A21;&#x5F0F;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x7684;&#x6A21;&#x578B;&#x6269;&#x5C55;&#x4F9D;&#x4ECE;&#x8D85;&#x51FA;&#x9759;&#x6001;&#x7684;&#x7A33;&#x6001;&#x6761;&#x4EF6;&#xFF0C;&#x63D0;&#x4F9B;&#x4E00;&#x4E2A;&#x5F3A;&#x5927;&#x7684;&#x5DE5;&#x5177;&#x7684;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x7814;&#x7A76;&#x53CA;&#x5408;&#x4F5C;&#x7EA6;&#x675F;&#x529B;&#x7684;&#x4E00;&#x822C;&#x529F;&#x80FD;&#x610F;&#x4E49;&#x7684;&#x5206;&#x6790;&#x3002;

&#x89E3;&#x51B3;&#x5FEB;&#x901F;&#x53CD;&#x5E94;&#x52A8;&#x529B;&#x5B66;&#x7814;&#x7A76;&#x5408;&#x4F5C;&#x7ED1;&#x5B9A;&#xFF1A; Ca2 + &#x9499;&#x89C6;&#x7F51;&#x819C;&#x86CB;&#x767D;&#x7684;&#x7F13;&#x51B2;&#x3002;

Cooperativity is one of the most important properties of molecular interactions in biological systems. It is the ability to influence ligand binding at one site of a macromolecule by previous ligand binding at another site of the same molecule. As a consequence, the affinity of the macromolecule for the ligand is either decreased (negative cooperativity) or increased (positive cooperativity). Over the last 100 years, O2 binding to hemoglobin has served as the paradigm for cooperative ligand binding and allosteric modulation, and four practical models were developed to quantitatively describe the mechanism: the Hill, the Adair-Klotz, the Monod-Wyman-Changeux, and the Koshland-NÃ©methy-Filmer models. The predictions of these models apply under static conditions when the binding reactions are at equilibrium. However, in a physiological setting, e.g., inside a cell, the timing and dynamics of the binding events are essential. Hence, it is necessary to determine the dynamic properties of cooperative binding to fully understand the physiological implications of cooperativity. To date, the Monod-Wyman-Changeux model was applied to determine the kinetics of cooperative binding to biologically active molecules. In this model, cooperativity is established by postulating two allosteric isoforms with different binding properties. However, these studies were limited to special cases, where transition rates between allosteric isoforms are much slower than the binding rates or where binding and unbinding rates could be measured independently. For all other cases, the complex mathematical description precludes straightforward interpretations. Here, we report on calculating for the first time the fast dynamics of a cooperative binding process, the binding of Ca2+ to calretinin. Calretinin is a Ca2+-binding protein with four cooperative binding sites and one independent binding site. The Ca2+ binding to calretinin was assessed by measuring the decay of free Ca2+ using a fast fluorescent Ca2+ indicator following rapid (<50-mus rise time) Ca2+ concentration jumps induced by uncaging Ca2+ from DM-nitrophen. To unravel the kinetics of cooperative binding, we devised several approaches based on known cooperative binding models, resulting in a novel and relatively simple model. This model revealed unexpected and highly specific nonlinear properties of cellular Ca2+ regulation by calretinin. The association rate of Ca2+ with calretinin speeds up as the free Ca2+ concentration increases from cytoplasmic resting conditions ( approximately 100 nM) to approximately 1 muM. As a consequence, the Ca2+ buffering speed of calretinin highly depends on the prevailing Ca2+ concentration prior to a perturbation. In addition to providing a novel mode of action of cellular Ca2+ buffering, our model extends the analysis of cooperativity beyond the static steady-state condition, providing a powerful tool for the investigation of the dynamics and functional significance of cooperative binding in general.

Resolving the fast kinetics of cooperative binding: Ca2+ buffering by calretinin.

La coop&#xE9;rativit&#xE9; est l&#x26;#39;une des propri&#xE9;t&#xE9;s les plus importantes des interactions mol&#xE9;culaires dans les syst&#xE8;mes biologiques. Il s&#x26;#39;agit de la capacit&#xE9; d&#x26;#39;influer sur la liaison du ligand sur un site d&#x26;#39;une macromol&#xE9;cule par la liaison du ligand pr&#xE9;c&#xE9;dente sur un autre site de la m&#xEA;me mol&#xE9;cule. En cons&#xE9;quence, l&#x26;#39;affinit&#xE9; de la macromol&#xE9;cule pour le ligand est soit diminu&#xE9; (coop&#xE9;rativit&#xE9; n&#xE9;gative) ou augment&#xE9; (coop&#xE9;rativit&#xE9; positive). Au cours des 100 derni&#xE8;res ann&#xE9;es, la liaison &#xE0; l&#x26;#39;h&#xE9;moglobine O2 a servi de paradigme pour la modulation ligand de liaison coop&#xE9;rative et allost&#xE9;rique, et quatre mod&#xE8;les pratiques ont &#xE9;t&#xE9; d&#xE9;velopp&#xE9;es pour d&#xE9;crire quantitativement le m&#xE9;canisme: la Colline, le Adair-Klotz, l&#x26;#39;Monod-Wyman-Changeux, et les mod&#xE8;les Koshland-N&#xE9;methy-Filmer. Les pr&#xE9;dictions de ces mod&#xE8;les s&#x26;#39;appliquent dans des conditions statiques lorsque les r&#xE9;actions de liaison sont &#xE0; l&#x26;#39;&#xE9;quilibre. Toutefois, dans un cadre physiologique, par exemple, &#xE0; l&#x26;#39;int&#xE9;rieur d&#x26;#39;une cellule, le calendrier et la dynamique des &#xE9;v&#xE9;nements de liaison sont essentielles. Par cons&#xE9;quent, il est n&#xE9;cessaire de d&#xE9;terminer les propri&#xE9;t&#xE9;s dynamiques de liaison coop&#xE9;rative de comprendre pleinement les implications physiologiques de coop&#xE9;rativit&#xE9;. &#xC0; ce jour, le mod&#xE8;le de Monod-Wyman-Changeux a &#xE9;t&#xE9; appliqu&#xE9;e pour d&#xE9;terminer la cin&#xE9;tique de liaison coop&#xE9;rative de mol&#xE9;cules biologiquement actives. Dans ce mod&#xE8;le, coop&#xE9;rativit&#xE9; est &#xE9;tablie en postulant deux isoformes allost&#xE9;riques avec les diff&#xE9;rentes propri&#xE9;t&#xE9;s de liaison. Cependant, ces &#xE9;tudes ont &#xE9;t&#xE9; limit&#xE9;es &#xE0; des cas particuliers, o&#xF9; les taux de transition entre les isoformes allost&#xE9;riques sont beaucoup plus lent que les taux de liaison ou lorsque les taux de liaison et de d&#xE9;liaison peut &#xEA;tre mesur&#xE9;e de fa&#xE7;on ind&#xE9;pendante. Pour tous les autres cas, la description math&#xE9;matique complexe emp&#xEA;che les interpr&#xE9;tations simples. Ici, nous rapportons sur le calcul pour la premi&#xE8;re fois la dynamique rapide d&#x26;#39;un processus de liaison coop&#xE9;rative, la liaison de Ca2 + &#xE0; calr&#xE9;tinine. Calr&#xE9;tinine est un Ca2 +-binding protein avec quatre coop&#xE9;ratives des sites de liaison et un site ind&#xE9;pendant de liaison. Le Ca2 + se liant &#xE0; la calr&#xE9;tinine a &#xE9;t&#xE9; &#xE9;valu&#xE9;e en mesurant la d&#xE9;sint&#xE9;gration de Ca2 + libre en utilisant un Ca2 + rapide fluorescente indicateur &#xE0; la suite rapide (temps &#x26;lt;hausse de 50-mus) Ca2 + de sauts de concentration induites par uncaging Ca2 + &#xE0; partir de DM-nitrophen. Pour &#xE9;lucider la cin&#xE9;tique de liaison coop&#xE9;rative, nous avons con&#xE7;u plusieurs approches bas&#xE9;es sur les mod&#xE8;les connus de coop&#xE9;ration contraignants, ce qui entra&#xEE;ne dans un roman et le mod&#xE8;le relativement simple. Ce mod&#xE8;le a r&#xE9;v&#xE9;l&#xE9; inattendus et tr&#xE8;s sp&#xE9;cifique propri&#xE9;t&#xE9;s non lin&#xE9;aires de cellulaire Ca2 + r&#xE9;gulation par calr&#xE9;tinine. Le taux de l&#x26;#39;association de Ca2 + avec calr&#xE9;tinine acc&#xE9;l&#xE8;re le Ca2 + libre augmentation de la concentration de cytoplasmiques des conditions de repos (environ 100 nm) pour environ 1 muM. En cons&#xE9;quence, la vitesse de Ca2 + tampon de la calr&#xE9;tinine d&#xE9;pend fortement de la Ca2 + qui pr&#xE9;vaut concentration pr&#xE9;alable &#xE0; une perturbation. En plus de fournir un nouveau mode d&#x26;#39;action de mise en m&#xE9;moire tampon cellulaire Ca2 +, notre mod&#xE8;le &#xE9;tend l&#x26;#39;analyse de la coop&#xE9;rativit&#xE9; au-del&#xE0; de la statique &#xE9;tat d&#x26;#39;&#xE9;quilibre, en fournissant un outil puissant pour l&#x26;#39;&#xE9;tude de la dynamique et l&#x26;#39;importance fonctionnelle de liaison coop&#xE9;rative en g&#xE9;n&#xE9;ral.

R&#xE9;solution de la cin&#xE9;tique du liaison coop&#xE9;rative: Ca2 + mise en m&#xE9;moire tampon par calr&#xE9;tinine

Kooperativit&auml;t ist eine der wichtigsten Eigenschaften der molekularen Wechselwirkungen in biologischen Systemen. Es ist die F&auml;higkeit, Ligand-Bindung an einem Standort, der ein Makromolek&uuml;l durch vorherige Ligand-Bindung an anderer Stelle des gleichen Molek&uuml;ls zu beeinflussen. Folglich ist die Affinit&auml;t der im Makromolek&uuml;l f&uuml;r den Liganden verminderte (negativer Kooperativit&auml;t) oder erh&ouml;ht (positive Kooperativit&auml;t). In den letzten 100 Jahren war das Vorbild f&uuml;r kooperative Ligand-Bindung und allosterische Modulation O2 Bindung an H&auml;moglobin, und vier praktische Modelle wurden entwickelt, um den Mechanismus quantitativ zu beschreiben: die Hill, Adair-Klotz, der Monod-Wyman-Changeux und die Koshland-N&eacute;methy-Filmer-Modelle. Die Prognosen dieser Modelle gelten unter statischen Bedingungen, wenn die Bindung Reaktionen im Gleichgewicht sind. Allerdings sind in einem physiologischen festlegen, z. B. innerhalb einer Zelle, das Timing und die Dynamik der Ereignisse Bindung unerl&auml;sslich. Daher ist es notwendig, die dynamischen Eigenschaften der Kooperative Bindung zu verstehen, die physiologischen Auswirkungen der Kooperativit&auml;t zu bestimmen. Bis heute wurde das Monod-Wyman-Changeux Modell angewendet, um die Kinetik der Kooperative Bindung an biologisch aktive Molek&uuml;le zu bestimmen. In diesem Modell wird die Kooperativit&auml;t durch postulierte zwei allosterische Isoformen mit unterschiedlichen Bindungseigenschaften hergestellt. Allerdings waren diese Studien beschr&auml;nkt auf Sonderf&auml;lle, wo &Uuml;bergang Preise zwischen allosterischer Isoformen sind viel langsamer, als die verbindliche Preise oder wo die verbindliche und unverbindliche Preise unabh&auml;ngig voneinander gemessen werden konnte. In allen anderen F&auml;llen schlie&szlig;t die komplexe mathematische Beschreibung unkomplizierte Interpretationen. Hier berichten wir &uuml;ber die Berechnung zum ersten Mal die schnelle Dynamik eines kooperativen Bindung-Prozesses, die Bindung von Ca2 + Calretinin. Calretinin ist ein Ca2 +-bindende Protein mit vier kooperative Bindungsstellen und einem unabh&auml;ngigen Bindungsstelle. Die Ca2 +-Bindung an Calretinin wurde ermittelt durch Messung des Zerfalls von freien Ca2 + mit einen schnell fluoreszierenden Ca2 +-Indikator nach rapid (&lt; 50-Mus-Anstiegszeit) Ca2 + Konzentration Spr&uuml;nge von uncaging Ca2 + von DM-Nitrophen induziert. Um die Kinetik der Kooperative Bindung zu entwirren, entwickelten wir mehrere Ans&auml;tze, die bekannte kooperative Bindung-Modellen, was zu einer neuartigen und relativ einfaches Modell. Dieses Modell unerwartete und hochspezifische nichtlineare Eigenschaften des zellul&auml;ren Ca2 +-Verordnung von Calretinin aufgedeckt. Die Verein-Rate von Ca2 + mit Calretinin beschleunigt als die freien Ca2 +-Konzentration Zunahmen von zytoplasmatischen ruhelosigkeit Bedingungen (ca. 100 nM) bis etwa 1 Mama. Folglich h&auml;ngt die Ca2 + Pufferung Geschwindigkeit Calretinin hoch die vorherrschenden Ca2 + Konzentration vor eine St&ouml;rung. Zus&auml;tzlich eine neuartige Wirkungsweise des zellul&auml;ren Ca2 + Pufferung erweitert unser Modell die Analyse der Kooperativit&auml;t jenseits der statischen station&auml;ren Zustand, die ein leistungsf&auml;higes Werkzeug f&uuml;r die Untersuchung der Dynamik und funktionelle Bedeutung der Kooperative Bindung im Allgemeinen.

Die schnelle Kinetik der Kooperative Bindung aufl&ouml;sen: Ca2 + Pufferung von Calretinin.

Cooperativit&agrave; &egrave; una delle pi&ugrave; importanti propriet&agrave; delle interazioni molecolari nei sistemi biologici. &Egrave; la capacit&agrave; di influenzare l&#39;associazione del ligando presso un sito di una macromolecola dal precedente legame ligando presso un altro sito della stessa molecola. Di conseguenza, l&#39;affinit&agrave; della macromolecola per il ligando &egrave; diminuito (cooperativit&agrave; negativa) o aumentato (cooperativit&agrave; positiva). Negli ultimi 100 anni, O2 associazione di emoglobina ha servito come il paradigma per l&#39;associazione cooperativa ligando e modulazione allosterica, e quattro modelli pratici sono stati sviluppati per descrivere quantitativamente il meccanismo: la collina, Adair-Klotz, il Monod-Wyman-Changeux e i modelli di Koshland-N&eacute;methy-Filmer. Le previsioni di questi modelli si applicano in condizioni statiche, quando l&#39;associazione sono reazioni all&#39;equilibrio. Tuttavia, in un fisiologico impostando, ad esempio, all&#39;interno di una cella, la temporizzazione e la dinamica degli eventi associazione &egrave; essenziali. Quindi, &egrave; necessario determinare le propriet&agrave; dinamiche del legame cooperativo per comprendere appieno le implicazioni fisiologiche di cooperativit&agrave;. Ad oggi, il modello di Monod-Wyman-Changeux &egrave; stato applicato per determinare la cinetica del legame cooperativo di molecole biologicamente attive. In questo modello, cooperativit&agrave; &egrave; stabilito da postulare due isoforme allosterici con propriet&agrave; di associazione diversa. Tuttavia, questi studi erano limitati a casi particolari, dove i tassi di transizione tra isoforme allosterico sono molto pi&ugrave; lenti rispetto alle tariffe vincolanti o dove tariffe vincolanti e non vincolante potrebbero essere misurati indipendentemente. Per tutti gli altri casi, la descrizione matematica complessa preclude interpretazioni semplice. Riportiamo sul calcolo per la prima volta la dinamica di un processo di associazione cooperativa, l&#39;associazione di Ca2 + calretinina veloce. Calretinina &egrave; un Ca2 +-binding protein con quattro siti di legame cooperativo e il sito di un&#39;associazione indipendente. L&#39;associazione Ca2 + calretinina &egrave; stata valutata misurando il decadimento di Ca2 + libero utilizzando un veloce fluorescente Ca2 + indicatore seguito rapido (&lt; tempo aumento 50-mus) Ca2 + salti concentrazione indotta da uncaging Ca2 + da DM-nitrophen. Per svelare la cinetica del legame cooperativo, abbiamo ideato diversi approcci basati sui modelli noto legame cooperativo, risultante in un romanzo e un modello relativamente semplice. Questo modello rivela inaspettate e altamente specifiche propriet&agrave; non lineari di regolazione cellulare Ca2 + calretinina. Il tasso di associazione di Ca2 + con calretinina accelera come aumenti di concentrazione liberi di Ca2 + da condizioni di riposa citoplasmatiche (circa 100 nM) a circa 1 mamma. Di conseguenza, la velocit&agrave; Ca2 + buffer della calretinina dipende altamente prevalente Ca2 + concentrazione prima di una perturbazione. Oltre a fornire una romanzo modalit&agrave; d&#39;azione dei buffer di Ca2 + cellulare, il nostro modello si estende l&#39;analisi di cooperativit&agrave; oltre la condizione di steady-state statica, che fornisce un potente strumento per l&#39;indagine delle dinamiche e significato funzionale della cooperativa associazione in generale.

Risoluzione cinetica veloce del legame cooperativo: Ca2 + buffer da calretinina.

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Many forms of signal transduction occur when Ca(2+) enters the cytoplasm of a cell. It has been generally thought that there is a fast buffer that rapidly reduces the free Ca(2+) level and that it is this buffered level of Ca(2+) that triggers downstream biochemical processes, notably the activation of calmodulin (CaM) and the resulting activation of CaM-dependent enzymes. Given the importance of these transduction processes, it is crucial to understand exactly how Ca(2+) activates CaM. We have determined the rate at which Ca(2+) binds to CaM and found that Ca(2+) binds more rapidly to CaM than to other Ca(2+)-binding proteins. This property of CaM and its high concentration support a new view of signal transduction: CaM directly intercepts incoming Ca(2+) and sets the free Ca(2+) level (that is, it strongly contributes to fast Ca(2+) buffering) rather than responding to the lower Ca(2+) level set by other buffers. This property is crucial for making CaM an efficient transducer. Our results also suggest that other Ca(2+) binding proteins have a previously undescribed role in regulating the lifetime of Ca(2+) bound to CaM and thereby setting the gain of signal transduction.

Calmodulin as a direct detector of Ca2+ signals.

Calcium-binding proteins (CBPs) are instrumental in the control of Ca2+ signaling. They are the fastest players within the Ca2+ toolkit responding within microseconds to [Ca2+] changes. The CBPs compete for Ca2+ which plays a direct role in modulating Ca2+ transients and the resulting biochemical message. The kinetic properties of the CBPs have to be known to have a good understanding of Ca2+ signaling.

Measuring the kinetics of calcium binding proteins with flash photolysis.

Bicarbonate (HCO3(-)) is an abundant anion that regulates extracellular and intracellular pH. Here, we use patch-clamp techniques to assess regulation of hippocampal CA3 pyramidal cell excitability by HCO3(-) in acute brain slices from C57BL/6 mice. We found that increasing HCO3(-) levels enhances action potential (AP) generation in both the soma and axon initial segment (AIS) by reducing Kv7/KCNQ channel activity, independent of pH (i.e., at a constant pH of 7.3). Conversely, decreasing intracellular HCO3(-) leads to attenuation of AP firing. We show that HCO3(-) interferes with Kv7/KCNQ channel activation by phosphatidylinositol-4,5-biphosphate. Consequently, we propose that, even in the presence of a local depolarizing Cl(-) gradient, HCO3(-) efflux through GABAA receptors may ensure the inhibitory effect of axoaxonic cells at the AIS due to activation of Kv7/KCNQ channels. 

Intracellular bicarbonate regulates action potential generation via KCNQ channel modulation.

Huntington's disease (HD) is characterized by striatal medium spiny neuron (MSN) dysfunction, but the underlying mechanisms remain unclear. We explored roles for astrocytes, in which mutant huntingtin is expressed in HD patients and mouse models. We found that symptom onset in R6/2 and Q175 HD mouse models was not associated with classical astrogliosis, but was associated with decreased Kir4.1 K(+) channel functional expression, leading to elevated in vivo striatal extracellular K(+), which increased MSN excitability in vitro. Viral delivery of Kir4.1 channels to striatal astrocytes restored Kir4.1 function, normalized extracellular K(+), ameliorated aspects of MSN dysfunction, prolonged survival and attenuated some motor phenotypes in R6/2 mice. These findings indicate that components of altered MSN excitability in HD may be caused by heretofore unknown disturbances of astrocyte-mediated K(+) homeostasis, revealing astrocytes and Kir4.1 channels as therapeutic targets.

Guido Faas

Department of Neurology,
David Geffen School of Medicine,
Department of Neurology, David Geffen School of Medicine

University of California Los Angeles

Making, Testing, and Using Potassium Ion Selective Microelectrodes in Tissue Slices of Adult Brain

Guido Faas

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University of California Los Angeles

Making, Testing, and Using Potassium Ion Selective Microelectrodes in Tissue Slices of Adult Brain

Department of Neurology,
David Geffen School of Medicine,
Department of Neurology, David Geffen School of Medicine