Canales de potasio activados por sodio en las neuronas aferentes vestibulares de rata

Abstract

ABSTRACT: Vestibular afferent neurons transmit information about the angular and linear accelerations during movements of the head. In situ, these neurons show heterogeneous discharge patterns, which may be due to their intrinsic properties, so it is important to define the ionic conductances that are expressed by them. Therefore, we decided to study whether the vestibular afferent neurons express a sodium activated potassium conductance that may be influencing their discharge pattern. Sodium activated potassium channels (KNa) were described for the first time in cardiomyocytes of guinea pig; subsequently they were characterized in different neuronal cells. In pyramidal neurons in the V layer of the cerebral cortex, has been reported that, replacement of extracellular Li+ by Na+ generates an inward current across Na+ voltage-dependent channels that does not alter the action potential but inhibits posthyperpolarization following events such as short bursts of action potentials. The aim of this study was to determine whether sodium activated potassium current is expressed in vestibular afferent neurons and determine their functional role. To study the expression of KNa channels, we used voltage clamp and current clamp techniques. We utilized vestibular afferent neurons from Wistar rats (postnatal days (P) 7 to 10). Several experimental strategies were used to reveal the presence and functional role of KNa current. By using tetrodotoxin (TTX) 200 nM, the peak inward Na+ current was completely blocked. Outward current after TTX application was subtracted from control current showing a transient current with duration of 20 ms and peak amplitude of 2.3 ± 0.7 nA (n = 4). The application of the anemone toxin CgNa, which has been shown to slow the Na+ channel inactivation, increased the Na+ current inactivation time constant 128.8 ±19.7 % without significantly affecting the peak inward current, and concomitantly the outward current measured in the tail increased 5.6 ± 2.4% (n = 4). We found that by replacing Na+ by choline in the extracellular solution there was a complete reduction of the inward Na+ current and the peak outward current decreased 40.1 ± 1 % (n = 5). Subtraction of the current after choline application and control current shown that choline affected both a sustained and transient components, thus indicating a complex action of choline on the outward currents. Oubain (1 mM) decreased the peak inward Na+ current by 30.4 ± 5.4% and the peak outward increased 30.6 ± 11.8% (n = 9). We found that by replacing Na+ by Li+ in the extracellular solution the outward current decreased 32.9 ± 8.5 % (n = 10 ) and the inward Na+ current did not significantly change. In current clamp, the replacement of Na+ by Li+ decreased 6 ± 0.8% (n = 4) the afterposthiperpolarization amplitude in a reversible form. These results suggest that KNa is expressed in the vestibular afferent neurons and, it may contribute to the afterposthiperpolarization process of the action potential.

RESUMEN: Las neuronas aferentes vestibulares transmiten información acerca de las aceleraciones angulares y lineales durante los movimientos de la cabeza. In situ, estas neuronas muestran patrones de descarga heterogéneos, que podrían ser producidos por sus propiedades intrínsecas, razón por la cual es importante definir el conjunto de conductancias iónicas que se expresan en ellas. Es por eso, que decidimos estudiar si las neuronas aferentes vestibulares expresan una conductancia de potasio activada por sodio que pueda estar influyendo en su patrón de descarga. Los canales de potasio activados por sodio (KNa) se describieron por primera vez en miocitos cardiacos de cobayo; posteriormente fueron caracterizados en varios tipos neuronales. Se ha reportado que en neuronas piramidales de la capa V de la corteza cerebral, la sustitución extracelular de Na+ por Li+ genera una corriente entrante a través de los canales de Na+ dependientes de voltaje que no altera los potenciales de acción y sin embargo, inhibe la posthiperpolarización que sigue a eventos cortos tales como ráfagas individuales de potenciales de acción. El objetivo de este trabajo fue conocer si la corriente de potasio activada por sodio se expresa en las neuronas aferentes vestibulares y determinar su papel funcional. Para estudiar la expresión funcional de la corriente KNa se utilizaron técnicas de fijación de voltaje y de corriente, en cultivo primario de neuronas aferentes vestibulares de rata neonata (P7 a P10). Se usaron varias estrategias experimentales para evidenciar la presencia y el papel fisiológico de la corriente de KNa. Se usó tetrodotoxina (TTX) a una concentración de 200 nM, para determinar la corriente de Na+ entrante medida al pico. Se encontró que ésta se bloqueó. La corriente saliente después de la aplicación de TTX fue substraída de la corriente control mostrando una corriente transitoria la cual duró cerca de 20 ms y la corriente al pico fue de 2.3 ± 0.7 nA (n = 4). La aplicación de la toxina de anemona CgNa la cual se ha demostrado que hace más lenta la inactivación de los canales de Na+ , incrementó la constante de tiempo de inactivación 128.8 ±19.7 % y concomitantemente la corriente saliente medida en la cola se incrementó 5.6 ± 2.4% (n = 4). Cuando se reemplazó extracelularmente el Na+ por la colina, la corriente entrante de Na+ disminuyó completamente y la corriente saliente al pico se redujo 40.1 ± 1% (n = 5). Cuando se bloqueó la bomba Na+ -K+ con ouabaína (1 mM) se encontró que la amplitud de la corriente saliente medida al pico se incrementó significativamente 31 ± 12%, y que la corriente entrante de Na+ disminuyó significativamente 30 ± 5.4% (n = 9). Cuando se reemplazó extracelularmente el ión Na+ por Li+ , la integral de la corriente saliente medida al pico disminuyó significativamente 33 ± 8.5%. Mientras que la integral de la corriente entrante fue medida donde los valores de corriente entrante con Na+ y con Li+ no fueran diferentes significativamente (n = 10). En registros de fijación de corriente la sustitución extracelular de Na+ por Li+ disminuyó, de forma reversible, la posthiperpolarización del potencial de acción en un 6 ± 0.8% (n = 4). Estos resultados sugieren que la corriente de KNa se expresa en las neuronas aferentes vestibulares participando en la fase de posthiperpolarización del potencial de acción.