I canali del calcio CNG

Figura 6. La cascata di fototransduzione. Rappresentazione della cascata di fototransduzione nei bastoncelli.. Nello stato “dark” i canali da cGMP sono aperti, permettendo l’entrata di ioni e la depolarizzazione delle cellule. Quando l’opsina è colpita dalla luce, il retinoide legato cambia conformazione (i), la transducina è attivata dall’opsina e la subunità α si stacca dal complesso βγ (ii). La α-transducina attiva la cGMP-fosfodiesterasi (PDE) provocando il rilascio delle due subunità PDEγ dal complesso PDEαβ. PDE idrolizza cGMP (ii); il decremento nella concentrazione di cGMP chiude i canali-cGMP e la cellula iperpo-larizza (iii), promuovendo un segnale passato poi ai neuroni della retina interna. In relazione con la continua attività degli scambiatori Na+-Ca2+ (iii), la concentrazione di calcio scende e il calcio stesso viene rilasciato dalla proteina recoverina, attivandola (iv). La recoverina attiva la rodopsina chinasi, che fosforila (P) l’opsina, mentre l’arrestina riporta l’opsina allo stato inattivo. La concentrazione di calcio più bassa causa anche il rilascio del calcio dalle “proteine attivanti la guanilato ciclasi” (GCAP), che attivano a loro volta la guanilato ciclasi (RetGC) (v). La guanilato ciclasi aumenta la concentrazione di cGMP, che permette l’apertura del canali-cGMP, permettendo l’afflusso di ioni, incluso Ca2+, depolarizzando così la cellula e ritornando allo stato “dark”. (Smith et al., 2009)

L’attivazione della fosfodiesterasi provoca un’immediata diminuzione dei livelli intracellulari di cGMP. La diminuzione della concentrazione di cGMP provoca la chiusura dei canali CNG (“cyclic-nucleotide-gated”). I canali CNG permettono l’entrata nella cellula di ioni Ca²⁺, la cui concentrazione si trova tra i 300 e i 500 nM. La concentrazione non può essere superiore, per il rischio che provochi apoptosi. Inoltre rimane in equilibrio per effetto dell’azione degli scambiatori di membrana Na⁺/ Ca²⁺, K⁺ (NCKX, “Na-Ca-K-exchanger” ), sintetizzati esclusivamente nel segmento esterno (Luo et al., 2008). La stechiometria dello scambio effettuato dalle proteine di trasporto è la seguente: un atomo di Calcio in uscita dal fotorecettore insieme ad uno di Potassio, con 4 atomi di Sodio in entrata (Krizaj and Copenaghen, 2007). I canali CNG quando sono aperti fanno trasporto passivo, mentre gli NCKX fanno trasporto attivo contro gradiente (Luo et al., 2008).

In condizioni di buio ogni fotorecettore è depolarizzato. In condizioni di illuminazione, il fotorecettore riceve il segnale sotto forma di fotone e interviene sulla concentrazione del secondo messaggero cGMP, che diminuendo si stacca dal canale. Come si può notare in Figura 6/(iii) il canale di conseguenza si chiude impedendo l’entrata a Ca²⁺ e la continua depolarizzazione del recettore. Al contrario la chiusura dei canali CNG provoca la iperpolarizzazione del recettore, e questa da luogo al segnale nervoso riconoscibile dalle cellule gangliari (Berg et. al, Biochimica).

Il funzionamento della trasmissione del segnale nei fotorecettori è peculiare e differente da quello dei neuroni. Nei neuroni la risposta avviene nei confronti di potenziali d’azione mediati da depolarizzazione. Invece nei fotorecettori l’iperpolarizzazione provoca la risposta a un potenziale di membrana che può avere variazioni graduali: questo permette all’occhio di percepire segnali visivi di intensità differenti (Berg et. al, Biochimica).

I canali CNG sono costituiti da 4 subunità sintetizzate a partire dai geni CNG. I geni CNG codificano per i peptidi costituenti canali presenti nei bastoncelli, nei coni e nelle cellule del sistema uditivo: sono chiamati CNGA numerati da 1 a 4 e CNGB1 e CNGB3. Nei bastoncelli sono espresse le forme di CNGA1 e CNGB1. La forma espressa da CNGA1 tende a trimerizzare grazie a sequenze C-terminali “leucine-zipper-like”, formate da 2 coiled coil. La sequenza è composta dal dominio leucine-zipper-like (22aa) più i 27 aminoacidi downstream (Zhong et al., 2002). Ne consegue quindi che il canale CNG stesso è un eterotrimero non simmetrico, formato da 3 subunità CNGA1 più una singola CNGB1. Ciascuna subunità è composta da 6 eliche transmembrana, con le eliche 5 e 6 che formano il poro vero e proprio. Sia l’N-terminale che il C-terminale sono intracellulari, con il CNBD (cyclic nucleotide binding domain) al C-terminale, qualche residuo aminoacidico dopo l’elica 6. L’N-terminale della subunità CNGB1 è dotata di un dominio ricco di proline (GARP). Questo dominio interagisce con il complesso periferina-2 nella membrana dei dischi presenti nel segmento esterno: CNGB1 potrebbe avere un ruolo strutturale per il mantenimento della forma peculiare dei bastoncelli (Higgins et al., 2002).