Los canales iónicos controlados por nucleótidos cíclicos o canales CNG son canales iónicos que funcionan en respuesta a la unión de nucleótidos cíclicos . Los canales CNG son canales catiónicos no selectivos que se encuentran en las membranas de varios tipos de tejidos y células, y son importantes en la transducción sensorial, así como en el desarrollo celular. Su función puede ser el resultado de una combinación de la unión de nucleótidos cíclicos (cGMP y cAMP) y un evento de despolarización o hiperpolarización . Inicialmente descubiertos en las células que forman la retina del ojo, los canales CNG se han encontrado en muchos tipos de células diferentes tanto en el reino animal como en el vegetal . Los canales CNG tienen una estructura muy compleja con varias subunidades y dominios que desempeñan un papel fundamental en su función. Los canales CNG son importantes en la función de varias vías sensoriales, incluidas la visión y el olfato , así como en otras funciones celulares clave como la liberación de hormonas y la quimiotaxis . También se ha descubierto que existen canales CNG en procariotas , incluidas muchas espiroquetas , aunque su papel preciso en la fisiología bacteriana sigue siendo desconocido.
El descubrimiento de los canales CNG está relacionado con el descubrimiento de mensajeros intracelulares responsables de la mediación de respuestas en los fotorreceptores de la retina . Antes de su descubrimiento, se pensaba que los nucleótidos cíclicos desempeñaban un papel en la fosforilación . En 1985, se descubrió que el cGMP era capaz de activar directamente la respuesta dependiente de la luz de los canales de iones de bastón mediante el estudio de la retina adaptada a la luz de las ranas. [1] Los canales CNG también se encontraron en los fotorreceptores de cono , los cilios sensibles a la quimioterapia de las neuronas sensoriales olfativas y la glándula pineal . Después de la identificación de aminoácidos a partir de proteínas purificadas, se realizó la clonación y la expresión funcional de los canales CNG. La clonación molecular permitió el descubrimiento de canales similares en muchos otros tejidos. [2] [3] En 2000, los científicos realizaron estudios utilizando retina de ratón y clonación molecular para encontrar una nueva subunidad del canal, CNG6. [4]
Los canales CNG tienen funciones importantes en la transducción de señales en los fotorreceptores de la retina y las neuronas receptoras olfativas . Se activan directamente por nucleótidos cíclicos, y se necesitan aproximadamente 4 nucleótidos cíclicos para activar cada canal. Los canales CNG no son selectivos y permiten que muchos iones alcalinos fluyan hacia dentro o hacia fuera de una célula que expresa canales CNG en su membrana. Este flujo de iones puede resultar en despolarización o hiperpolarización . Los canales CNG pueden ser activados por cAMP o cGMP exclusivamente, o a veces por una combinación de ambos cNMP, y algunos canales son más selectivos que otros. Aunque la actividad de estos canales muestra poca dependencia del voltaje, todavía se consideran canales dependientes del voltaje. El calcio , la calmodulina y la fosforilación modulan la apertura de los canales CNG. [3]
La función principal de los canales de CNG es la transducción sensorial en diversos tejidos. Muchos estudios han demostrado la presencia de canales de CNG en los fotorreceptores de conos y bastones , y también se han encontrado en el cerebro , el corazón , los riñones y las gónadas . [3]
Los homólogos del canal CNG en Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster y Limulus polyphemus tienen funciones desconocidas. Los estudios han demostrado que los homólogos en C. elegans podrían tener funciones en la quimiosensibilidad . [3]
El daltonismo y la degeneración de la retina son consecuencia de mutaciones en los canales CNG. Las mutaciones, específicamente en las subunidades A y B, dan lugar a acromatopsia completa e incompleta . [3]
Un canal CNG consta de cuatro subunidades alrededor de un poro central . Cada subunidad proteica consta de 6 segmentos transmembrana (S1-S6), un bucle P , una región amino terminal intracelular y una región carboxiterminal . El bucle P y los segmentos S6 alrededor del poro, que desempeñan un papel en la conducción iónica. Hay un dominio de unión a nucleótidos cíclicos (CNBD) y una región de conexión al segmento S6 en la terminal carboxi. Hay una región post-CNDB en la terminal amino . [5]
Las subunidades alfa del canal controlado por nucleótidos cíclicos incluyen
Las subunidades beta de los canales regulados por nucleótidos cíclicos incluyen:
La estructura del poro es similar a la de otros canales iónicos que contienen bucles P. El bucle P entra en la membrana del poro desde el lado extracelular y sale hacia el lado intracelular . El bucle P entra como una hélice alfa y existe como una hebra desenrollada. Las hélices que cubren la membrana interna recubren el canal. Estas también forman un haz de 6 hélices que indica la entrada. Para abrir el poro, debe producirse un cambio conformacional en el haz de 6 hélices interno. [5]
Un dominio de unión a nucleótidos cíclicos es un dominio intracelular ubicado en la región C-terminal y tiene una secuencia similar a otras proteínas de unión a nucleótidos cíclicos. Se cree que el dominio está formado por una lámina β-plegada y dos hélices α . La lámina β-plegada está formada por ocho hebras antiparalelas . Las hélices α se denominan hélices B y C. Un ligando se une inicialmente a la lámina β-plegada y, a través de la regulación alostérica, provoca el movimiento de una hélice α hacia la lámina β-plegada. La hélice α es flexible en canales cerrados. Cuando una hélice α de una subunidad de CNGA1 está muy próxima a otra hélice α, forman enlaces disulfuro entre subunidades . Esto ocurre principalmente en canales cerrados, inhibiendo el movimiento de la hélice α hacia la lámina β-plegada. Cuando un ligando se une a la lámina β-plegada, este nucleótido cíclico unido estabiliza el movimiento de la hélice α hacia la lámina β-plegada en cada subunidad, alejando las hélices α una de otra. [5] [6]
El C-linker es una región que conecta el CNBD al segmento S6. La región C-linker contribuye al contacto entre las subunidades del canal y promueve la tetramerización, la formación de tetrámeros . Hay muchos residuos que desempeñan un papel en la modulación de los canales CNG. Este proceso utiliza metales como níquel , zinc , cobre y magnesio . La región C-linker está involucrada en el acoplamiento de la unión del ligando a la apertura del poro. La región C-linker forma enlaces disulfuro con regiones N-terminales. Los enlaces disulfuro alteran la función del canal, por lo tanto, lo más probable es que se encuentren cerca de la estructura terciaria . Los enlaces disulfuro disminuyen la energía libre del estado abierto en comparación con el estado cerrado. El residuo de cisteína específico C481 en la región C-linker se encuentra a solo unos pocos aminoácidos del dominio de unión . En el estado cerrado, C481 no es reactivo; C481 debe sufrir un cambio conformacional para que sea accesible para la apertura del canal. Se forman enlaces disulfuro entre las subunidades vecinas y C481. Al mismo tiempo, hay un residuo de cisteína C35 en el extremo N de la región de unión C que puede alcanzar dos residuos C481, lo que genera un enlace disulfuro favorable en comparación con un enlace C481-C481. [5] [6]
La formación espontánea de enlaces disulfuro depende del estado, lo que implica que el cambio conformacional en el haz de hélices está asociado con la apertura del canal. Cuando los canales iónicos CNG están cerrados, los extremos citoplasmáticos de las hélices S6 están muy próximos entre sí. Los cationes pequeños pueden moverse a través de una abertura, lo que implica que la apertura está más allá del haz de hélices y que las hélices S6 están en conjunción con cambios conformacionales en el filtro de selectividad. [6]
La región P forma un bucle, el bucle de poro, que conecta las regiones S5 y S6, que se extienden hasta el eje central del canal. Las propiedades iónicas están determinadas por los residuos en el bucle entre los segmentos transmembrana S5 y S6 . La región P dicta la selectividad iónica del canal iónico controlado por nucleótidos cíclicos, que también determina el diámetro del poro de los canales CNG. La región P funciona como una compuerta del canal, ya que evita la permeación iónica en el estado cerrado. El poro puede verse obstaculizado por pequeños cambios conformacionales en esta región. La región P actúa como un filtro de selectividad iónica que cambia la estructura en la conformación abierta. En el estado abierto, cuatro subunidades idénticas contribuyen a una única región de bucle P, que forma un filtro de selectividad. [6]
En los vertebrados, la familia de genes del canal CNG consta de seis miembros y pertenece a un grupo más grande de canales iónicos dependientes del voltaje. Estos genes se dividen en función de la similitud de secuencia en dos subtipos CNGA y CNGB. [7] Los canales CNG constan de una subunidad alfa, conocida como CNGA1 y una subunidad beta CNGB1. Un aspecto de la subunidad alfa es que es capaz de formar un canal funcional por sí sola, llamado canal homotetramérico. Este canal homotetramérico puede ser de interés científico porque se puede utilizar para comprender mejor la naturaleza de la unión del ligando y la selectividad de un canal de interés particular. Se han clonado genes adicionales que codifican canales CNG de Caenorhabditis elegans y Drosophila melanogaster . Una subunidad de un canal CNG CNGA1 , anteriormente llamada subunidad α del bastón, se expresó en fotorreceptores de bastón y produjo canales funcionales que fueron controlados por cGMP cuando se expresaron externamente en ovocitos de Xenopus o en una línea celular de riñón embrionario humano ( HEK293 ). En humanos, los genes CNGA1 mutados dan como resultado una forma autosómica recesiva de retinitis pigmentosa , una forma degenerativa de ceguera. CNGB1 , anteriormente llamada subunidad β del bastón, es una segunda subunidad del canal del bastón. A diferencia de CNGA1, las subunidades CNGB1 expresadas solas no producen canales CNG funcionales, pero la coexpresión de las subunidades CNGA1 y CNGB1 produce canales heteroméricos con modulación, permeación , farmacología y especificidad de nucleótidos cíclicos comparables a las de los canales nativos. [8]
Los canales CNG forman tetrámeros , y estudios recientes indican que los canales de bastón nativos constan de tres subunidades CNGA1 y una subunidad CNGB1. Las subunidades CNGA3 , anteriormente llamadas subunidades α de cono, forman canales funcionales cuando su expresión ocurre de forma exógena. Por otro lado, CNGB3 , anteriormente llamada subunidad β de cono, no lo hace. Las mutaciones en CNGA3 y CNGB3 humanas están implicadas en la acromatopsia completa , que es un trastorno hereditario y congénito autosómico recesivo poco común caracterizado por la falla completa en la distinción de colores. [8]
CNGA2 , anteriormente llamada subunidad α olfativa, CNGA4 , anteriormente llamada subunidad β olfativa, y CnGB1b están involucrados en la transducción de señales odoríferas en neuronas sensoriales olfativas para las cuales se desconocen la estequiometría y la disposición de las subunidades. [8]
En los invertebrados , se ha clonado una subunidad del canal CNG llamada CNG-P1 de D. melanogaster y se expresa en las antenas y el sistema visual, una indicación de que los canales CNG pueden estar relacionados con la transducción de la luz en los invertebrados. Se ha descubierto que una segunda subunidad putativa similar a CNG llamada CNGL, clonada de D. melanogaster , se expresa en el cerebro. Se han clonado dos subunidades del canal CNG, Tax-2 y Tax-4, en C. elegans y son responsables de la quimiosensación, la termosensación y el crecimiento normal de los axones de algunas neuronas sensoriales en C. elegans . [8]
El ligando puede estar ubicado en el fondo de la cavidad debido a interacciones con el casete de unión a fosfato (PBC). Esta cavidad se refiere a una región en el CNBD formada por el rollo β, una hélice β de dos bucles . Los cambios inducidos por la unión del ligando ocurren en las hélices α (αA, αB y αC y hélice PBC). El rollo β solo sufre pequeños cambios durante la unión. Después de que el ligando se asienta, las hélices αB y αC se organizan de manera que forman una tapa sobre la cavidad. Aún no está claro cómo afecta la unión a la hélice αA. [9]
La marcada concentración entre los canales de CNG y la concentración de ligando muestra que se necesitan al menos dos o tres nucleótidos cíclicos. Se cree que el segundo ligando es necesario para que el canal pase de cerrado a abierto. Cuando se unen el tercer y cuarto ligando, el estado abierto del canal se estabiliza. [9] En las bacterias, la apertura de los canales de CNG es el resultado de una unión no cooperativa. [9] Con diferentes concentraciones de ligandos, surgen uniones cooperativas y no cooperativas para adaptarse a estos diferentes entornos. A bajas concentraciones de ligando, es raro que un ligando se una de manera cooperativa, porque la unión cooperativa a bajas concentraciones debilita la unión entre el canal y el ligando, lo que reduce la sensibilidad del canal. [9]
Al medir las corrientes activadas en parches de membrana extirpados de adentro hacia afuera tras la superfusión con concentraciones variables de ligando , se han estudiado la sensibilidad y selectividad del ligando de los canales CNG expresados tanto endógena como exógenamente . Todos los canales CNG nativos reaccionan tanto al AMPc como al GMPc , pero se necesitan concentraciones menores de GMPc que de AMPc para activar y abrir los canales. Los canales CNG son marcadamente selectivos entre el GMPc y el AMPc en bastones y conos, mientras que en las OSN, los canales responden igualmente bien a ambos ligandos. Los canales CNG encontrados en las OSN son mucho más sensibles tanto al GMPc como al AMPc que los canales CNG fotorreceptores. Los estudios de las relaciones dosis-respuesta mostraron que la activación del canal depende en gran medida de la concentración de GMPc; varias moléculas de GMPc se unen al canal de manera cooperativa. Dado que cada subunidad contiene un único sitio de unión al cNMP, y los canales homoméricos y heteroméricos probablemente forman un complejo tetramérico , un máximo de cuatro moléculas de ligando pueden unirse al canal. La selectividad se puede lograr mediante el control diferencial de la afinidad de unión del ligando, la eficacia de la activación o una combinación de ambas. La afinidad de unión se refiere a la fuerza con la que los nucleótidos cíclicos se unen al canal. La eficacia se refiere a la capacidad del ligando de activar y abrir el canal una vez que se ha unido. Aunque estos procesos son útiles para comprender la selectividad, están inextricablemente acoplados entre sí, por lo que es muy difícil separarlos experimentalmente. [3]
Los canales CNG no discriminan entre iones Na + y K + , y también permiten el paso de Ca2 + y Mg2 + , aunque a un ritmo más lento. El paso de estos iones divalentes inhibe la corriente transportada por Na + y K + . Se ha descubierto que un residuo altamente conservado de ácido glutámico en el filtro de selectividad de los canales CNG forma un sitio de unión de alta afinidad para Ca2 + . Además, un canal de cationes no selectivo bacteriano llamado canal NaK alberga una secuencia de filtro de selectividad similar a la de los canales CNG. En la estructura cristalina del canal NaK, se ha identificado un sitio de unión discreto de Ca2 + en la abertura extracelular del poro. [9]
Los estudios han demostrado la inhibición diferencial de los canales CNG por diacilglicerol (DAG) en ovocitos de Xenopus . El DAG se puede utilizar como un inhibidor del estado cerrado. El uso de DAG para inhibir los canales de bastón homomultiméricos, o aquellos que contienen dos o más cadenas de péptidos idénticas , fue similar a la inhibición de los canales de bastón nativos. El uso de DAG para inhibir los canales olfativos homomultiméricos no fue tan efectivo, incluso con una alta concentración de DAG. Se necesita más de una molécula de DAG para inhibir un canal de manera efectiva. Las moléculas de DAG se posicionan para estabilizar el estado cerrado de un canal CNG, uniéndose al canal o cambiando la interacción entre la bicapa lipídica de la membrana celular y el canal. Los estudios con quimeras de canales olfativos y de bastón sugieren que las diferencias en la inhibición de DAG se deben a diferencias en el bucle adjunto del segmento transmembrana . [10]
En ausencia de luz, el cGMP se une a los canales de CNG en los fotorreceptores. Esta unión hace que los canales se abran, lo que permite que los iones de sodio (Na + ) y calcio (Ca2 + ) fluyan hacia el interior de la célula provocando la despolarización del segmento externo del fotorreceptor . Este flujo despolarizante de iones se conoce como corriente oscura . Cuando la retina del ojo detecta luz, se produce una reacción conocida como cascada de fototransducción. Se trata de una vía de transducción de señales que conduce a la activación de la enzima fosfodiesterasa , que hidroliza el cGMP en 5'-GMP, disminuyendo la concentración de cGMP. En ausencia de cGMP, los canales de CNG en los fotorreceptores se cierran impidiendo el flujo de la citada corriente oscura. Esto a su vez provoca una hiperpolarización del segmento externo del fotorreceptor, impidiendo la propagación de un potencial de acción y la liberación de glutamato . [3] [5] Los estudios han demostrado que la sobreactivación de los canales de CNG dependientes de cGMP en los fotorreceptores puede conducir a su degeneración. Si los canales de CNG en un fotorreceptor se activan continuamente, el flujo de iones Ca 2+ y Na + hacia el segmento externo del fotorreceptor aumentará de modo que se despolarice más allá de la corriente oscura. A través de un ciclo de retroalimentación positiva, esto aumentaría la corriente de Ca 2+ hacia la célula. Una alta concentración de Ca 2+ en la célula fotorreceptora conduciría a su muerte celular programada o apoptosis . [11]
La retinosis pigmentaria (RP) es una enfermedad genética en la que los pacientes sufren una degeneración de los fotorreceptores de conos y bastones. La pérdida comienza en la visión periférica del paciente y progresa al campo visual central , dejando al paciente ciego a mediana edad.
Alrededor del 1% de los pacientes con RP tienen mutaciones en la subunidad alfa de cGMP . Se han identificado ocho mutaciones: cuatro son mutaciones sin sentido , una es una deleción que incluye la mayor parte de la unidad transcripcional. Las otras tres son mutaciones sin sentido y mutaciones por cambio de marco , que conducen a un acortamiento de la secuencia de aminoácidos en el extremo C. Todavía no se sabe por qué la ausencia de canales catiónicos regulados por cGMP causa la degradación de los fotorreceptores. También se han encontrado mutaciones que causan RP en el gen de la rodopsina y en las subunidades alfa y beta de la fosfodiesterasa de los bastones , que codifican las cascadas de fototransducción de los bastones . La mutación de estas subunidades altera indirectamente la función del canal regulado por cGMP de los bastones, lo que implica que existe un mecanismo común de degradación de los fotorreceptores. [12]
En el sistema nervioso, el corazón y algunos órganos viscerales, las células contienen canales regulados por nucleótidos cíclicos que determinan el ritmo del órgano. Estos canales, formalmente llamados canales regulados por nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización ( canales HCN ), también se denominan "canales marcapasos" debido a esta función crítica. Como su nombre lo indica, están abiertos durante condiciones de hiperpolarización y cerrados durante la despolarización. La importancia de esto en el nódulo sinoatrial (y, como respaldo, en el nódulo auriculoventricular ) es que a medida que el corazón se reinicia, o hiperpolariza, después de cada latido, los canales HCN se abren, lo que permite que los iones positivos ingresen a la célula (la llamada corriente divertida ), lo que desencadena otro evento de despolarización y la contracción cardíaca posterior. Esto le da al corazón su automaticidad. El nucleótido cíclico primario que opera en conjunción con el canal HCN es el AMPc. [13]
Casi todas las respuestas a los olores en las neuronas sensoriales olfativas (OSN) son facilitadas por los canales CNG. Cuando un olor se une a su receptor específico en la membrana ciliar quimiosensible , activa una proteína G , que provoca una reacción descendente que activa la enzima adenilil ciclasa (AC). Esta enzima es responsable de un aumento en la concentración de AMPc dentro de la OSN. El AMPc se une a los canales CNG en la membrana de la OSN, abriéndolos y haciendo que la célula sea altamente permeable al Ca 2+ . Los iones de calcio fluyen hacia la célula causando una despolarización . Como en todos los demás tipos de células, los canales CNG en las OSN también permiten que el Na + fluya hacia la célula. Además, la mayor concentración de Ca 2+ dentro de la célula activa los canales de cloruro (Cl − ) dependientes de Ca 2+ , lo que hace que los iones Cl − intracelulares también fluyan fuera de la célula aumentando el evento de despolarización. Esta despolarización estimula un potencial de acción que, en última instancia, indica la recepción del odorante. Además de los canales iónicos regulados por AMPc, un pequeño subconjunto de OSN también tiene canales CNG selectivos de GMPc que contienen la subunidad CNGA3. [3]
El AMPc y el GMPc median varias respuestas celulares como la exocitosis acrosómica , o la fusión del espermatozoide masculino con el óvulo femenino , y la quimiotaxis . En la especie de erizo de mar , Strongylocentrotus purpuratus , se estudió speract, un péptido corto . Speract activa una guanilato ciclasa (GC) de tipo receptor y estimula un aumento en las concentraciones intracelulares de GMPc. Speract también aumenta la concentración de calcio . Aunque todavía no se ha establecido una relación causal directa, las observaciones mencionadas anteriormente sugieren que el GMPc activa la conductancia de calcio . Los canales de CNG son los principales candidatos para la vía de entrada de calcio, debido a su alta permeabilidad al calcio. Los canales de CNG aún deben detectarse mediante detección de homología. En los mamíferos , las subunidades del canal de CNG testicular que se expresan son A3, B1 y B3. La expresión heteróloga de la subunidad A3 se clonó a partir del testículo y produjo canales que eran sensibles y selectivos al GMPc. Es posible que estos canales estén involucrados en un flujo de calcio estimulado por cGMP hacia el esperma . Sin embargo, no se ha logrado una caracterización más extensa del canal debido a la baja tasa de éxito en la detección de la actividad del canal. Dado que los ratones knock out de la subunidad A3 son fértiles , los canales CNG podrían estar involucrados en alguna forma de control de la motilidad e incluso en el comportamiento de natación quimiotáctica o en la exocitosis acrosómica. Sin embargo, aún no se ha identificado un GC de tipo receptor en el esperma de mamíferos. El esperma de ratón expresa otros canales como CatSper1 . La esterilidad masculina se puede lograr alterando el gen CatSper1; además, el influjo de calcio inducido por cAMP se elimina en ratones mutantes . Aunque CatSper necesita subunidades adicionales para volverse funcional, no están relacionadas con los canales CNG porque CatSper carece de un sitio de unión de cAMP/cGMP. Es posible que las subunidades CNG y CatSper se ensamblen para formar canales iónicos permeables al calcio y sensibles a nucleótidos cíclicos. [3]
Los canales sensibles a cGMP se han analizado en la médula renal , específicamente en las células del túbulo colector , que influyen en el equilibrio de electrolitos y líquidos del cuerpo . La actividad del canal CNG está controlada por la interacción entre la proteína quinasa dependiente de cGMP y la proteína G1 debido a la participación de cGMP en los mecanismos de fosforilación . En las células de un túbulo colector medular interno, los canales CNG exhiben conductancia unitaria de selectividad de cationes, permeabilidad al calcio y farmacología muy similar a los canales iónicos regulados por nucleótidos cíclicos. Un estimulante , el factor natriurético auricular (ANF) aumenta la producción de cGMP en los riñones, lo que aumenta la función del glomérulo mediante una combinación de arteriolas relajantes y contraídas . [14] Las diferencias entre el ADNc retiniano y renal se han implicado en las diferencias funcionales entre los canales CNG en estos dos tejidos. [3]
Se han identificado las subunidades A2, A4 y B1 del canal iónico CNG en una línea celular neuronal que secreta la hormona liberadora de gonadotropina (GrH) . Las tres subunidades forman los canales CNG en los cilios quimiosensibles de las OSN. En condiciones de alto calcio extracelular, la conductancia unitaria de los canales CNG en los bastones y las OSN es significativamente menor que la medida en la línea neuronal. Parece dudoso que los canales CNG creen una conductancia unitaria grande. [3]
Los canales de iones CNG en plantas son similares en secuencia de aminoácidos y estructura a los canales CNG de cationes no selectivos en animales, así como a los canales de la familia shaker selectivos de K + de dominio transmembrana . Sin embargo, existen diferencias drásticas que se observan exclusivamente en los canales CNG de plantas. La secuencia de aminoácidos de la secuencia de poros en los canales CNG de plantas carece del filtro de selectividad encontrado en los canales CNG animales, así como también carece de un motivo glicina - tirosina - glicina - aspartato (GYGD) en la secuencia del filtro de selectividad de K + . Se observan otras diferencias de secuencia en los canales CNG de plantas, particularmente en el dominio de unión de nucleótidos cíclicos (CNBD). En plantas, se encuentra que el dominio de unión de calmodulina (CaMBD) se superpone a la α-hélice C en el CNBD de los canales CNG. En animales, los CaMBD se encuentran lejos del CNBD. [15] Los canales CNG juegan un papel importante en la inmunidad de las plantas y la respuesta a patógenos o agentes infecciosos externos. También se los ha implicado en la apoptosis en plantas. También se cree que los canales iónicos CNG están involucrados en el desarrollo del polen en las plantas, sin embargo, su papel exacto en este mecanismo aún no se conoce. [15]
A diferencia de los canales de CNG animales, los canales de CNG vegetales no han sido analizados bioquímicamente en profundidad con respecto a su estructura. [15]
Los canales iónicos de CNG comparten un alto grado de similitud estructural y de secuencia con los canales de CNG de mamíferos. [16] Al igual que los canales de CNG de mamíferos, se ha demostrado que la unión de nucleótidos cíclicos a los CNBD regula la actividad del canal y altera el estado conformacional del canal. [16] [17] Debido a que estos canales se identificaron recientemente en especies de espiroquetas y leptospiras , [16] su función fisiológica precisa sigue siendo desconocida en estos organismos. En combinación con adenilil ciclasas fotoactivadas , se han utilizado como herramientas optogenéticas para inhibir la generación de potenciales de acción en neuronas. [18]
Los investigadores han respondido a muchas preguntas importantes sobre las funciones de los canales iónicos de CNG en la visión y el olfato . En otras áreas fisiológicas, el papel de los canales de CNG está menos definido. Con el crecimiento tecnológico, ahora existen más posibilidades de comprender estos mecanismos. [3]
Debido a que el óxido nítrico (NO) participa en la estimulación de la síntesis de cGMP, se están realizando más investigaciones para comprender la interacción fisiológica del NO con los canales de CNG, particularmente en la modificación covalente de los canales de CNG en las OSN. [3]
Los científicos están ampliando el mecanismo involucrado en la interacción de los sitios de unión y las interfaces de las subunidades. Esto podría ser inexistente en los canales CNG no cooperativos. También es posible que el sitio de unión y la compuerta estén unidos a una sola subunidad. Para desarrollar estas ideas, la resonancia doble electrón-electrón (DEER) y las técnicas de fijación rápida pueden mostrar estos movimientos mecanísticos. [9]
Un estudio de 2007 sugiere que debido a las diversas y complejas propiedades reguladoras además de la gran cantidad de canales de CNG en las plantas, se debe realizar un estudio multidisciplinario para investigar los canales de CNG en las plantas. [15] Otro estudio de marzo de 2011 reconoce datos recientes de genética inversa que han sido útiles para comprender mejor los canales de CNG en las plantas, y también sugiere que se realicen investigaciones adicionales para identificar los factores ascendentes y descendentes en la transducción de señales mediada por CNGC en las plantas. [19]
Los científicos están especulando sobre si el DAG se une directamente al canal CNG durante la inhibición. Es posible que el DAG se inserte en los dominios transmembrana del canal. También es posible que el DAG se inserte en la interfaz entre el canal y la bicapa. El mecanismo molecular de la inhibición del DAG aún no se comprende por completo. [10]