5 Solunsisäisten anionipitoisuuksien säätely
Kloridin säätely riippuu useiden prosessien yhteensovittamisesta (kuva 2). Tiettyjen kloridivuotokanavien on ehdotettu vähentävän solunsisäistä kloridipitoisuutta toimimalla yksisuuntaventtiileinä. Tämä ajatus juontaa juurensa havainnosta, jonka mukaan ClC-2:n (geenin clcn2) kaltaiset kloridikanavat ovat läpäisevämpiä solusta poistuvalle kloridille kuin soluun tulevalle kloridille.35 Tästä erilaisesta läpäisevyydestä riippumatta, jota kutsutaan rektifikaatioksi, kloridivirtauksen suunta riippuu edelleen kloridia liikkeelle panevasta voimasta. Tämä tarkoittaa, että kloridilla on harvoin, jos koskaan, mahdollisuus poistua solusta ClC-2:n kautta, koska kloridia ohjaava voima on lähes aina vastakkaiseen suuntaan. Koska ”venttiili” on epätäydellinen, ClC-2-kanavat itse asiassa päästävät kloridin vuotamaan soluun.36
Kanavien kyvyttömyys päästää kloridia ulos solusta korostaa tarvetta erilaisille ioninsiirtomekanismeille, jotka voivat siirtää kloridia gradienttiaan vastaan.37 Cotransportterit eli symportterit kuljettavat kahta tai useampaa ionilajia samansuuntaisesti solukalvon poikki; kloridi voi liikkua gradienttiaan vastaan kulkemalla toisen gradienttiaan alaspäin liikkuvan ionin mukana. Vaihtimet eli antiporterit tekevät käytännössä saman asian, mutta kytkemällä vastakkaisiin suuntiin kalvon läpi virtaavien ionilajien liikkeet toisiinsa. Tärkein kloridiekstrudentti neuroneissa on kalium-kloridi-kotransporter 2 (KCC2) (geeni slc12a5). KCC2 päästää kloridin sikamaisesti kaliumioneihin, jotka virtaavat niiden gradienttia alaspäin ja ulos solusta. Prosessi on sähköneutraali, koska kloridin ja kaliumin stoikiometria on 1:1. Prosessi ei ole aktiivinen, koska siihen ei liity suoraan ATP:n hydrolyysiä (ja siksi sitä ei pitäisi kutsua pumppaamiseksi); sen sijaan prosessi on toissijaisesti aktiivinen, koska KCC2 tukeutuu kaliumgradienttiin, jota ylläpitää natrium-kalium-ATPaasi, joka pumppaa kaliumia soluun.
Natrium-kalium-kloridi-kotransporter 1 eli NKCC1 (geeni slc12a2) on toinen tärkeä tekijä hermoston kloridihomeostaasissa. NKCC1 valjastaa natriumgradientin siirtämään kaliumia ja kloridia soluun, jolloin solunsisäinen kloridipitoisuus on korkea. Tämä on tietenkin päinvastaista kuin se, miten KCC2 vaikuttaa kloridiin. NKCC1:n ja KCC2:n suhteellinen ilmentyminen määrää siis solunsisäisen kloridipitoisuuden huolimatta kloridikuormituksen vaikutuksista eri kloridikanavien, kuten aktivoituneiden GABAA- ja glysiinikanavien, kautta. On huomattava useita seikkoja. Ensinnäkin NKCC1 ekspressoituu voimakkaasti kehityksen alkuvaiheessa, kun taas KCC2 ekspressoituu vain heikosti, mutta kehitysvaiheessa tapahtuu muutos, joka johtaa käänteiseen kuvioon aikuisuudessa.38,39 Rotan selkärangan selkäydinsarven Eanion näyttää saavuttavan kypsän arvonsa noin 2 viikon kuluttua syntymästä,40 mutta täysi kloridin ekstruusiokapasiteetti saavutetaan vasta 3-4 viikon kuluttua syntymästä41; toisin sanoen kloridikuormitus hukuttaa helpommin kloridin ekstruusiokapasiteetin KCC2:n välittämän kloridin ekstruusiokapasiteetin nuorissa hermosoluissa. Toiseksi, kehityskytkentää ei tapahdu primaarisissa afferenteissa neuroneissa, mikä tarkoittaa, että NKCC1-tasot pysyvät korkeina, mikä johtaa korkeisiin solunsisäisiin kloridipitoisuuksiin näissä soluissa42,43. Kolmanneksi NKCC1 ja KCC2 eivät ekspressoidu tasaisesti edes yksittäisen neuronin sisällä, mikä voi johtaa korkeisiin solunsisäisiin kloridipitoisuuksiin yhdessä osastossa (kuten aksonin alkusegmentissä) ja alhaisiin solunsisäisiin kloridipitoisuuksiin muissa osastoissa (kuten soma ja dendriitit).44,45 Ja lopuksi KCC2:n normaali aikuisten ekspressiotaso voi muuttua patologisesti (kohta 8).
On mainittava, miten elektrofysiologiset nauhoitukset suoritetaan, koska se voi (tahallisesti tai tahattomasti) johtaa muutoksiin solunsisäisessä kloridipitoisuudessa. Koko solun patch clamp -tekniikassa solukalvo halkaistaan, jotta soluun päästään sähköisesti sen jälkeen, kun patch-pipetti on sinetöity solukalvoon; näin ollen sytosoli dialysoidaan pipettiliuoksen kanssa. Pipettiliuos suunnitellaan usein siten, että sen kloridipitoisuus on lähellä luonnollista solunsisäistä tasoa, mutta joskus sen kloridipitoisuus on tarkoituksellisesti korkea kloridin käyttövoiman lisäämiseksi (esim. pienten inhiboivien postsynaptisten virtojen havaitsemisen helpottamiseksi). Kumpikin lähestymistapa on hyväksyttävä kysytystä kysymyksestä riippuen. Kummassakin tapauksessa solun dialysointi tarkoittaa kuitenkin sitä, että solunsisäinen kloridi on tehokkaasti kiinnitetty pipettiliuoksen kloridipitoisuuteen tai sen lähelle, mikä ei tietenkään sovellu solun luonnollisen kloridipitoisuuden mittaamiseen. Tämä ongelma voidaan ratkaista käyttämällä rei’itettyä laastaritekniikkaa.46 Tästä huolimatta solun dialysoimalla voidaan testata ekstruusiokapasiteettia määrittämällä, onko solunsisäinen kloridipitoisuus tasapainossa pipettikonsentraation kanssa vai onnistuuko solu säilyttämään alemman tason ekstruusiomekanismiensa ansiosta.47,48 Lisäksi jännitepuristimessa kalvopotentiaalia muutetaan äkillisesti ja se säilytetään mielivaltaisesti valituissa arvoissa, mikä voi johtaa hyvin epäluonnollisiin kloridia käyttäviin ajovoimiin. Kuten Ratté ja Prescott ovat selittäneet,36 tällaiset kokeelliset yksityiskohdat on otettava tarkkaan huomioon väärintulkintojen välttämiseksi.
Kuten jo mainittiin, bikarbonaatti virtaa ulos aktivoituneiden GABAA- ja glysiinireseptorien kautta. Todennäköisyys, että bikarbonaatin ulosvirtaus aiheuttaisi solunulkoista kertymistä, on pieni, kun otetaan huomioon bikarbonaatin suhteellisen rajoittamaton diffuusio solunulkoisessa tilassa, mutta bikarbonaatin ulosvirtaus voi tyhjentää solunsisäiset bikarbonaattitasot ja aiheuttaa pH:n laskun.49 Näin ei kuitenkaan tapahdu normaalioloissa, koska solunsisäistä bikarbonaattia täydennetään muuttamalla hiilidioksidi ja vesi bikarbonaatiksi ja protoneiksi hiilihappoanhydraasientsyymin avulla; kaasuna hiilidioksidi diffundoituu vapaasti solukalvon läpi. Solunsisäinen bikarbonaatti voidaan tyhjentää (ja sen ulosvirtausta siten rajoittaa) salpaamalla hiilihappoanhydraasia asetatsolamidilla32 , jolla voi itse asiassa olla analgeettisia vaikutuksia (jakso 9). pH:n säätelyyn liittyy muita kemiallisia reaktioita ja kuljetusmekanismeja, ja itse bikarbonaattia voidaan kuljettaa solukalvon läpi vaihtamalla se kloridiin.50
.