Published September 24, 2017
| Version v1
Publication
Open
An allosteric gating model recapitulates the biophysical properties of <i>I</i><sub>K,L</sub> expressed in mouse vestibular type I hair cells
Creators
- 1. University of Pavia
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Universidad Nacional de La Plata
- 4. University of Sheffield
Description
Key points Vestibular type I and type II hair cells and their afferent fibres send information to the brain regarding the position and movement of the head. The characteristic feature of type I hair cells is the expression of a low‐voltage‐activated outward rectifying K + current, I K,L , whose biophysical properties and molecular identity are still largely unknown. In vitro , the afferent nerve calyx surrounding type I hair cells causes unstable intercellular K + concentrations, altering the biophysical properties of I K,L . We found that in the absence of the calyx, I K,L in type I hair cells exhibited unique biophysical activation properties, which were faithfully reproduced by an allosteric channel gating scheme. These results form the basis for a molecular and pharmacological identification of I K,L . Abstract Type I and type II hair cells are the sensory receptors of the mammalian vestibular epithelia. Type I hair cells are characterized by their basolateral membrane being enveloped in a single large afferent nerve terminal, named the calyx, and by the expression of a low‐voltage‐activated outward rectifying K + current, I K,L . The biophysical properties and molecular profile of I K,L are still largely unknown. By using the patch‐clamp whole‐cell technique, we examined the voltage‐ and time‐dependent properties of I K,L in type I hair cells of the mouse semicircular canal. We found that the biophysical properties of I K,L were affected by an unstable K + equilibrium potential ( V eq K + ). Both the outward and inward K + currents shifted V eq K + consistent with K + accumulation or depletion, respectively, in the extracellular space, which we attributed to a residual calyx attached to the basolateral membrane of the hair cells. We therefore optimized the hair cell dissociation protocol in order to isolate mature type I hair cells without their calyx. In these cells, the uncontaminated I K,L showed a half‐activation at –79.6 mV and a steep voltage dependence (2.8 mV). I K,L also showed complex activation and deactivation kinetics, which we faithfully reproduced by an allosteric channel gating scheme where the channel is able to open from all (five) closed states. The 'early' open states substantially contribute to I K,L activation at negative voltages. This study provides the first complete description of the 'native' biophysical properties of I K,L in adult mouse vestibular type I hair cells.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
النقاط الرئيسية خلايا الشعر الدهليزي من النوع الأول والنوع الثاني وأليافها الواردة ترسل معلومات إلى الدماغ فيما يتعلق بموضع وحركة الرأس. السمة المميزة لخلايا الشعر من النوع الأول هي التعبير عن تيار تصحيح خارجي منخفضالجهد، I K، L ، الذي لا تزال خصائصه الفيزيائية الحيوية وهويته الجزيئية غير معروفة إلى حد كبير. في المختبر ، يتسبب الكأس العصبي الوارد المحيط بخلايا الشعر من النوع الأول في تركيزات K + غير مستقرة بين الخلايا، مما يغير الخصائص الفيزيائية الحيوية لـ I K،L . وجدنا أنه في غياب الكأس، أظهرت I K،L في خلايا الشعر من النوع الأول خصائص تنشيط بيوفيزيائية فريدة، والتي تم استنساخها بأمانة من خلال مخطط بوابة القناة التفارغية. تشكل هذه النتائج الأساس لتحديد جزيئي ودوائي لـ I K،L . خلايا الشعر من النوع الأول والنوع الثاني هي المستقبلات الحسية للظهارة الدهليزية للثدييات. تتميز خلايا الشعر من النوع الأول بغشاءها الجانبي القاعدي الذي يتم تغليفه في محطة عصبية واردة كبيرة واحدة، تسمى الكأس، وبالتعبير عن تيار تصحيح خارجي منخفض الجهد، I K،L . لا تزال الخصائص الفيزيائية الحيوية والملف الجزيئي لـ I K،L غير معروفة إلى حد كبير. باستخدام تقنية الخلية الكاملة لمشبك التصحيح، قمنا بفحص الخصائص المعتمدة على الجهد والوقت لـ I K،L في خلايا الشعر من النوع الأول للقناة نصف الدائرية للفأر. وجدنا أن الخصائص الفيزيائية الحيوية لـ IK،L تأثرت بجهد توازن K + غير المستقر ( V eq K +). تحولت كل من تيارات K + الخارجية والداخلية V مكافئ K + بما يتفق مع تراكم K + أو نضوبها، على التوالي، في الفضاء خارج الخلية، والذي نسبناه إلى الكأس المتبقي المرتبط بالغشاء القاعدي الجانبي لخلايا الشعر. لذلك قمنا بتحسين بروتوكول تفكك خلايا الشعر من أجل عزل خلايا الشعر الناضجة من النوع الأول دون الكأس. في هذه الخلايا، أظهرت I K،L غير الملوثة نصف تنشيط عند -79.6 مللي فولط واعتمادًا حادًا على الجهد (2.8 مللي فولط). كما أظهر I K،L حركية معقدة للتنشيط والتعطيل، والتي قمنا باستنساخها بأمانة من خلال مخطط بوابة قناة تفارغي حيث تكون القناة قادرة على الفتح من جميع الحالات المغلقة (الخمس). تساهم الحالات المفتوحة "المبكرة" بشكل كبير في تنشيط IK،L عند الفولتية السالبة. تقدم هذه الدراسة أول وصف كامل للخصائص الفيزيائية الحيوية "الأصلية" لـ I K،L في خلايا الشعر الدهليزي من النوع الأول للفأر البالغ.Translated Description (French)
Points clés Les cellules ciliées vestibulaires de type I et de type II et leurs fibres afférentes envoient des informations au cerveau concernant la position et le mouvement de la tête. La caractéristique des cellules ciliées de type I est l'expression d'un courant K + redressant vers l'extérieur activé à basse tension, I K,L , dont les propriétés biophysiques et l'identité moléculaire sont encore largement inconnues. In vitro , le calice nerveux afférent entourant les cellules ciliées de type I provoque des concentrations intercellulaires instables de K +, modifiant les propriétés biophysiques de I K,L. Nous avons constaté qu'en l'absence du calice, I K,L dans les cellules ciliées de type I présentaient des propriétés d'activation biophysique uniques, qui ont été fidèlement reproduites par un schéma de porte de canal allostérique. Ces résultats forment la base d'une identification moléculaire et pharmacologique de l'I K,L. Résumé Les cellules ciliées de type I et de type II sont les récepteurs sensoriels de l'épithélium vestibulaire des mammifères. Les cellules ciliées de type I sont caractérisées par leur membrane basolatérale enveloppée dans une seule grande terminaison nerveuse afférente, appelée calice, et par l'expression d'un courant K + redressant vers l'extérieur activé à basse tension, I K,L. Les propriétés biophysiques et le profil moléculaire de l'I K,L sont encore largement inconnus. En utilisant la technique du patch‐clamp à cellules entières, nous avons examiné les propriétés dépendantes de la tension et du temps de I K,L dans les cellules ciliées de type I du canal semi-circulaire de la souris. Nous avons constaté que les propriétés biophysiques de I K,L étaient affectées par un potentiel d'équilibre K + instable ( V eq K + ). Les courants K + vers l'extérieur et vers l'intérieur ont décalé V eq K + compatible avec l'accumulation ou l'épuisement de K +, respectivement, dans l'espace extracellulaire, que nous avons attribué à un calice résiduel attaché à la membrane basolatérale des cellules ciliées. Nous avons donc optimisé le protocole de dissociation des cellules ciliées afin d'isoler les cellules ciliées matures de type I sans leur calice. Dans ces cellules, l'I K,L non contaminé a montré une demi-activation à -79,6 mV et une forte dépendance en tension (2,8 mV). I K,L a également montré une cinétique complexe d'activation et de désactivation, que nous avons fidèlement reproduite par un schéma de porte de canal allostérique où le canal est capable de s'ouvrir à partir de tous les (cinq) états fermés. Les états ouverts « précoces » contribuent considérablement à l'activation de I K,L à des tensions négatives. Cette étude fournit la première description complète des propriétés biophysiques « natives » de l'I K,L dans les cellules ciliées vestibulaires de type I de souris adulte.Translated Description (Spanish)
Puntos clave Las células ciliadas vestibulares de tipo I y tipo II y sus fibras aferentes envían información al cerebro sobre la posición y el movimiento de la cabeza. El rasgo característico de las células ciliadas de tipo I es la expresión de una corriente de K + rectificadora hacia el exterior activada por bajo voltaje, I K,L , cuyas propiedades biofísicas e identidad molecular aún se desconocen en gran medida. In vitro , el cáliz nervioso aferente que rodea las células ciliadas de tipo I provoca concentraciones inestables de K + intercelular, alterando las propiedades biofísicas de I K,L. Encontramos que en ausencia del cáliz, I K,L en las células ciliadas de tipo I exhibieron propiedades de activación biofísica únicas, que se reprodujeron fielmente mediante un esquema de activación de canales alostéricos. Estos resultados forman la base para una identificación molecular y farmacológica de I K,L. Las células ciliadas de tipo I y tipo II son los receptores sensoriales de los epitelios vestibulares de los mamíferos. Las células ciliadas de tipo I se caracterizan porque su membrana basolateral está envuelta en una sola terminal nerviosa aferente grande, llamada cáliz, y por la expresión de una corriente de K + rectificadora hacia el exterior activada por bajo voltaje, I K,L. Las propiedades biofísicas y el perfil molecular de I K,L aún se desconocen en gran medida. Mediante el uso de la técnica de células completasde pinza de parche, examinamos las propiedades dependientes del voltaje y el tiempo de I K,L en las células ciliadas tipo I del canal semicircular del ratón. Encontramos que las propiedades biofísicas de I K,L se vieron afectadas por un potencial de equilibrio inestable de K + ( V eq K + ). Tanto las corrientes de K + hacia afuera como hacia adentro desplazaron V eq K + de manera consistente con la acumulación o agotamiento de K +, respectivamente, en el espacio extracelular, lo que atribuimos a un cáliz residual unido a la membrana basolateral de las células ciliadas. Por lo tanto, optimizamos el protocolo de disociación de las células ciliadas para aislar las células ciliadas maduras de tipo I sin su cáliz. En estas celdas, el I K,L no contaminado mostró una mediaactivación a -79.6 mV y una fuerte dependencia del voltaje (2.8 mV). I K,L también mostraron una cinética de activación y desactivación compleja, que reprodujimos fielmente mediante un esquema de compuerta de canal alostérico donde el canal puede abrirse desde todos (cinco) estados cerrados. Los estados abiertos "tempranos" contribuyen sustancialmente a la activación de I K,L a voltajes negativos. Este estudio proporciona la primera descripción completa de las propiedades biofísicas "nativas" de I K,L en células ciliadas vestibulares de tipo I de ratón adulto.Files
JP274202.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7922c31bfecefc08ebac4141f111c338
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يلخص نموذج البوابات التفارغي الخصائص الفيزيائية الحيوية لـ <i>I</i><sub>K،L</sub> المعبر عنها في خلايا الشعر الدهليزي من النوع الأول للفأر
- Translated title (French)
- Un modèle de porte allostérique récapitule les propriétés biophysiques de <i>I</i><sub>K,L</sub> exprimées dans les cellules ciliées vestibulaires de souris de type I
- Translated title (Spanish)
- Un modelo de activación alostérica recapitula las propiedades biofísicas de <i>I</i><sub>K,L</sub> expresadas en células ciliadas vestibulares de tipo I de ratón
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2752798063
- DOI
- 10.1113/jp274202
References
- https://openalex.org/W1490696172
- https://openalex.org/W1495214854
- https://openalex.org/W1966721481
- https://openalex.org/W1973446131
- https://openalex.org/W1975178727
- https://openalex.org/W1975399995
- https://openalex.org/W1985940938
- https://openalex.org/W1997836778
- https://openalex.org/W2017689163
- https://openalex.org/W2026401556
- https://openalex.org/W2027614529
- https://openalex.org/W2036181804
- https://openalex.org/W2039768033
- https://openalex.org/W2043064965
- https://openalex.org/W2060988973
- https://openalex.org/W2062319567
- https://openalex.org/W2077553731
- https://openalex.org/W2079071744
- https://openalex.org/W2079853168
- https://openalex.org/W2080363153
- https://openalex.org/W2100125991
- https://openalex.org/W2103465492
- https://openalex.org/W2124300760
- https://openalex.org/W2127687520
- https://openalex.org/W2134186721
- https://openalex.org/W2154546815
- https://openalex.org/W2157409937
- https://openalex.org/W2157932735
- https://openalex.org/W2159676982
- https://openalex.org/W2162552811
- https://openalex.org/W2164829352
- https://openalex.org/W2295400523
- https://openalex.org/W2296188246
- https://openalex.org/W2413142705
- https://openalex.org/W2440581488
- https://openalex.org/W2520046003