Population Density and Moment-based Approaches to Modeling Domain Calcium-mediated Inactivation of L-type Calcium Channels
Population Density and Moment-based Approaches to Modeling Domain Calcium-mediated Inactivation of L-type Calcium Channels
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群体密度和基于矩的方法来模拟域钙介导的 L 型钙通道失活
DOI：
10.1007/s10441-015-9271-y
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发表时间：
2016
影响因子：
1.3
通讯作者：
Smith, Gregory D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Xiao;Hardcastle, Kiah;Weinberg, Seth H.;Smith, Gregory D.
我们提出了一个人口密度和矩为基础的随机域钙介导的L型钙通道失活的描述。我们的方法解释了局部钙信号异质性对全细胞钙电流的影响;然而，与谢尔曼等人先前的工作相比，[Biophys J.58（4）：985，1990]，我们不认为钙结构域的形成和塌陷与通道门控相比是快速的。我们使用L型钙通道的12状态马尔可夫链模型证明了基于群体密度和矩的建模方法[Greenstein和温斯洛，生物物理学杂志83（6）：2918，2002]。模拟的全细胞电压钳响应产生了全细胞钙电流的失活函数，当域动力学分别为快或慢时，该失活函数与谢尔曼等人的经典结果一致或不一致。我们分析了通过缓慢的异质域发生的钙失活的电压依赖性，发现当通道通透性保持恒定时，钙失活随着域时间常数的增加而增加。然而，当这个参数的研究是重复固定的最大域钙浓度，失活降低域时间常数增加。使用人口密度和矩方程的模拟结果的比较证实了基于矩的方法的计算效率，并使几种不同的方法截断和关闭的开放系统的力矩方程的验证。一般来说，慢域时间常数需要高阶矩截断，以使基于矩的模拟与种群密度模拟之间保持一致。
We present a population density and moment-based description of stochastic domain calcium-mediated inactivation of L-type calcium channels. Our approach accounts for the effect of heterogeneity of local calcium signals on whole cell calcium currents; however, in contrast with prior work by Sherman et al.[Biophys J. 58 (4): 985, 1990], we do not assume that calcium domain formation and collapse are fast compared to channel gating. We demonstrate the population density and moment-based modeling approach using a12-state Markov chain model of an L-type calcium channel [Greenstein and Winslow, Biophys J. 83 (6): 2918, 2002]. Simulated whole cell voltage clamp responses yield an inactivation function for the whole cell calcium current that agrees or disagrees with the classic result of Sherman et al. when domains dynamics are fast or slow, respectively. We analyze the voltage-dependence of calcium inactivation that occurs via slow heterogeneous domains and find that when channel permeability is held constant, calcium inactivation increases as the domain time constant increases. However, when this parameter study is repeated for fixed maximum domain calcium concentration, inactivation decreases as the domain time constant increases. Comparison of simulation results using population densities and moment equations confirms the computational efficiency of the moment-based approach, and enables the validation of several distinct methods of truncating and closing the open system of moment equations. In general, a slow domain time constant requires higher order moment truncation for agreement between moment-based and population density simulations.
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