I en studie publicerad i den vetenskapliga tidskriften eLife har neuroforskare vid University of California använt en ny metod för att avslöja unika roller hos specifika former av spänningsaktiverade jonkanaler i regleringen av nervcellers excitabilitet. Fynden öppnar för nya sätt att behandla neurologiska tillstånd som epilepsi, med hjälp av selektiv kontroll av nervcellernas excitabilitet.
Forskarna, ledda av Dr. Kevin J. Bender, använde en grupp föreningar som kallas arylsulfonamider (ASC) för att selektivt blockera spänningsaktiverade natriumkanaler av subtyperna NaV1.2 och NaV1.6. Dessa kanaler är viktiga för att initiera och propagera elektriska signaler i hjärnan.
Spänningsaktiverade natriumkanaler är inte one-size-fits-all. Varje subtyp har en distinkt lokalisering i neuroner och spelar en unik roll. NaV1.6, till exempel, dominerar det distala axoninitiala segmentet (AIS) och är centralt för initiering av aktionspotential, medan NaV1.2 främst finns i dendriter och den proximala AIS, vilket påverkar bakpropagering och signalintegration.
För att undersöka rollerna för dessa isoformer med hög precision har forskarna genetiskt modifierat möss för att ändra två aminosyror i natriumkanalerna. Denna förändring gjorde det möjligt för teamet att använda ASC-föreningen GNE-4076 för att akut och selektivt hämma antingen NaV1.2 eller NaV1.6 i annars normala neuroner, utan att inducera långsiktiga kompensatoriska förändringar som vanligtvis ses vid genetiska knockouts.
Vid blockering av NaV1.2 visade forskarna att jonkanalshämning resulterade i ökad excitabilitet hos pyramidceller i hjärnan. Detta resultat härrör sannolikt från den minskade rekryteringen av kaliumkanaler på grund av minskad dendritdepolarisering, vilket underlättar snabbare återtriggning av neuroner. Däremot ledde hämning av NaV1.6 till ökade tröskelnivåer och minskad triggning, vilket bekräftar dess centrala roll i att initiera neural aktivitet.
Forskarna visade vidare att GNE-4076 fungerar på ett användningsberoende sätt för normalt fungerande neuron under fysiologiska aktivitetsnivåer, vilket innebär att dess hämmande effekter ökar med neural aktivitet. Detta utgör en värdefull egenskap för potentiella terapeutiska tillämpningar som riktar sig mot överaktiva neurala kretsar vid tillstånd som epilepsi.
I sin studie använde forskarna Fluicells Dynaflow Resolve-system för att undersöka effekten av varierande koncentrationer av GNE-4076 på aktivering och inaktivering av jonkanaler i celler, som uttrycker både vildtyps- eller mutantformer av NaV1.2 och NaV1.6. Detta gjorde det möjligt för teamet att utföra detaljerade dos-responsexperiment och noggrant kontrollera tidpunkten för läkemedelstillämpning, vilket visade förmågan att specifikt rikta in sig på enskilda isoformer.
Resultaten som presenteras av Dr. Bender och kollegor visar att blockering av NaV1.2 och NaV1.6 har distinkta och motsatta effekter på neuronernas excitabilitet och utgör ett nytt sätt att tänka på läkemedel som riktar sig mot jonkanaler. Istället för att tysta all neuronal aktivitet, ger substanser som ASC som möjliggör aktivitetsberoende inaktivering av NaV1.6 en väg framåt för att hitta nya sätt att behandla epilepsi och andra neurologiska tillstånd.
Vi gratulerar Dr. Bender och kollegor till deras prestationer och är tacksamma för att de har valt att använda Dynaflow Resolve i sin viktiga forskning.
- Läs artikeln Differential roles of NaV1.2 and NaV1.6 in neocortical pyramidal cell excitability på eLifes hemsida.