Synchronization and propagation i n a ne twork o f electrically c oupled cells

Synchronization and propagation in a network of electrically coupled cells

= = = = =

QUIESCENT NRK CELLS

Cell dynamics of NRK cells

IP3 receptor : Ca-induced Ca release

Serca-pomp: CA terugpompen in ER

PMCA-pomp: pompt Ca uit cytosol

Relevante ion-kanalen in celmembraan

• ClCa : VCL = -20 mV

•L-type Ca-kanaal : Vca = +55 mV

•K-kanaal : VK = -75 mV

•Ca-dependent Cl-channel (VCl = -20 mV)

Cell dynamics of NRK cells

Cacyt/IP3 receptor model

Calcium in cytosol increases, Calcium is the trigger

Cacyt/IP3 receptor model

)())(( 23

1 CaCakwmkJ ERrel

k1= 7 sec-1

Calcium and IP3 binding on the activating site of the VIP3

m and w gates described as the Hodgkin-Huxley model

Cacyt/IP3 receptor model

Mak et al. 1998

For High levels of Calcium concentrations, the IP3 receptor is inhibited

Cacyt/IP3 receptor model

Calcium concentration in the cytosol is recovered to its default value

Cacyt/IP3 receptor model

)(

)(1.0

)(1

)())((

)(

)(

22

2

2

33

1322

31

3

23

1

max

max

22

2max

SERCArelER

CRACleakPMPMCASERCArel

w

A

ERrel

pumpPMCAPMCA

extPMleakPM

extextER

extCRACCRAC

SERCASERCASERCA

JJdt

dCa

JJJJJdtdCa

CaQa

CaQQ

w

dIP

dIPdQ

CaKCa

IPd

IPm

CaCakwmkJ

KCaCa

JJ

CaCakJ

KCaCa

CaJJ

KCaCa

JJ

Intracellular Ca2+ and the action potential

Frequency of Ca-oscillations as a function of IP3

Ca-oscillation amplitude as a function of IP3 concentration

Wat gebeurt er

Indien we 2 cellen hebben met elk een verschillende IP3 concentratie ?

Indien deze cellen elk een verschillende frequentie hebben voor de Ca-oscillaties

Indien de cellen electrisch gekoppeld zijn.

Coupling between two cells

Geen electrische

koppeling

Zwakke electrische

koppeling

Sterke (normale)

electrische

koppeling

Ca oscillaties Actie potentialen

Wat gebeurt er in een netwerk van cellen, waarbij sommige cellen wel/niet Ca

oscillaties hebben ?

Een enkele cel is niet in staat in anderen cellen, die geen Ca-oscillaties hebben, AP’s te genereren: de stroom vloeit weg tgv hoge conductantie van gap-junctions

Indien er een groepje cellen is, dat tegelijk een AP genereert en dat voldoende cellen bevat, worden nabuurcellen tot vuren gebracht.

Cellen, die Ca-oscillaties vertonen bij verschillende frequenties, synchroniseren.

Ca-oscillations and AP-firing in a network of coupled cells

Ca-oscillations and AP-firing in a network of coupled cells

Samenvatting

Cellen met intracellulaire Ca-oscillaties genereren actiepotentialen

Cellen met verschillende Ca-oscillatie frequenties kunnen synchroniseren

Indien voldoende cellen samen actief zijn, ontstaat propagatie van electrische activiteit in een netwerk.

Voorbeelden: darm, pancreas, NRK-cellen.