نظرا للخصائص العالمية للكالسيوم كرسول ثان ، يشارك هذا الأيون في عدد كبير من أنشطة الإشارة: النسخ الجيني ، والولادة والموت ، والانتشار ، والهجرة والتمايز ، والانتقال المشبكي ، واللدونة. وبالتالي ، فإن الطريقة القادرة على تتبع ديناميكيات تنشيط الكالسيوم بدقة وخفة الحركة ستوفر طريقة لمراقبة الاستجابات المكانية والزمانية الفريدة. هذه الطريقة هي تقنية تصوير الكالسيوم الخلوية ، والتي تربط بين البيانات الوظيفية لتحولات الكالسيوم مع أنماط ظاهرية خلية محددة بناء على استجاباتها المتميزة.
تم تطوير مجسات Ca2+ لأول مرة في عام 1980 ، مع تحسينات لاحقة تسمح باستخدام هذه الجزيئات في فحوصات الخلايا الحية 1. كمؤشر كيميائي ، يعتبر Fura-2 هو المعيار للقياسات الكمية [Ca2 +]i. يتخلل استر الأسيتوكسي ميثيل (AM) لهذا المؤشر (أي Fura-2 AM) غشاء الخلية بسهولة ويمكن أن يصل إلى تركيزات داخل الخلايا أكبر ب 20 ضعفا من تخفيف الحضانة (على سبيل المثال ، [5 μM] o / [100 μM]i). ميزة أخرى ل Fura-2 هي أن لديها مقاومة جيدة للتبييض الضوئي. وبالتالي ، فإن تصوير هذا المؤشر لفترات أطول من الزمن لن يؤثر بشكل كبير على قدراته الفلورية. أخيرا ، Fura-2 حساس لمجموعة واسعة من مستويات الكالسيوم ، من ~ 100 نانومتر إلى ~ 100 ميكرومتر ، ولديه دينار كويتي من ~ 145 نانومتر ، وهو ما يمكن مقارنته بالراحة [Ca2 +] i2. في وقت لاحق ، تم تطوير تصوير الكالسيوم الخلوي باستخدام مجاهر فلورسنت أفضل وطرق حسابية ، إلى جانب تحقيقات قياس النسبة التي لا تتأثر بتحميل الصبغة.
تعبر كل خلية عن أجهزة الكالسيوم المختلفة (المضخات والناقلات والمستقبلات والقنوات) التي تساهم في الاستجابة النهائية كتوقيع معين. النصيحة المهمة هي العثور على استجابات انتقائية لأنواع مختلفة من الخلايا المرتبطة بتعبيرها الظاهري. وبناء على ذلك، هناك مستقبلان مختلفان على الأقل يعملان من خلال تحولات الكالسيوم: المستقبلات الأيونية التي تتخلل Ca2+ في وضع سريع ومستقبلات التمثيل الغذائي البطيئة إلى جانب مسارات الإشارات والمخزونات داخل الخلايا التي تطلق Ca2+ التي يتم تنشيطها بواسطة رسل ثانية، مثل الإينوزيتول ثلاثي الفوسفات وADP-ribose3 الدوري.
على سبيل المثال، تعبر الخلايا السلفية عن العشين في شبكية العين غير الناضجة وتظهر مستقبلات GABAA غير المستقطبة بواسطة GABA (أو muscimol)4. يحدث هذا بسبب التدرج الكهروكيميائي Cl مع مستويات Cl− عالية داخل الخلايا. مع تطور الأنسجة ، يتحول الناقلون KCC2 من الإثارة على السلف إلى تثبيط الخلايا العصبية GABAergic الناضجة5. من ناحية أخرى ، فإن الخلايا الجذعية التي تعبر عن sox-2 في المنطقة تحت البطينية غير الناضجة (SVZ) للقوارض بعد الولادة تقدم أيضا مستقبلات H1 الأيضية التي يتم تنشيطها بواسطة الهيستامين الذي يزيد من Ca2 + بطريقة بطيئة 6. وهناك مستقبل استقلابي ثان من عائلة المستقبلات المنشطة بالبروتياز-1 (PAR-1)، يتم تنشيطه بواسطة الثرومبين والمصب إلى G(q/11) وفوسفوليباز C (PLC)، يعطي تحولات بطيئة Ca2+ في الخلايا القليلة التغصن (التي تعبر عن O4 و PLP) المتولدة من الخلايا الجذعية العصبية SVZ متعددة القدرات7.
بشكل عام ، تعبر الخلايا العصبية عن قنوات الكالسيوم المعتمدة على الجهد بالإضافة إلى مستقبلات الناقل العصبي الرئيسية النفاذة إلى Ca2 + ، مثل الغلوتاماتيرجيك (AMPA ، NMDA ، kainate) ومستقبلات النيكوتين الطرفية والمركزية. عادة ما يستخدم كلوريد البوتاسيوم كعامل إزالة الاستقطاب لتنشيط الخلايا العصبية الطرفية، مثل الخلايا العصبية العقدة الجذرية الظهرية8 أو الخلايا العصبية المركزية، اعتبارا من المنطقة تحت البطينية9 أو شبكية العين10. من ناحية أخرى ، يتم التعرف على ATP باعتباره جهاز الإرسال الدبقي الرئيسي (بالإضافة إلى D-serine) ، والذي ينشط أعضاء P2X الانتقائيين المؤثرين في Ca2 + ، مثل P2X7 و P2X4. يقدم كلا المستقبلين تيارات Ca2+ مكافئة ، على غرار تلك التي أظهرتها مستقبلات NMDA المعترف بها كأكبر تيارات Ca2 + التي يتم تنشيطها بواسطة أجهزة الإرسال 11. يتم التعبير عن مستقبلات P2X7 بشكل كبير على الخلايا الدبقية الصغيرة ، ولكن بكثافة أقل على الخلايا النجمية والخلايا قليلة التغصن ، ولها دور في إطلاق السيتوكينات المسببة للالتهابات 12. يتم التعبير عن مستقبلات P2X7 أيضا على خلايا Schwann13 ودبقية مولر في شبكية العين14,15.
من المعروف أن شبكية العين تظهر تقريبا جميع أجهزة الإرسال التي شوهدت في الدماغ. على سبيل المثال ، المحور الرأسي (المستقبلات الضوئية ، الخلايا العقدية ثنائية القطب والشبكية) هو أساسا غلوتاماتيرجي ، مع مستقبلات AMPA أو kainate النفاذة للكالسيوم المعبر عنها في الخلايا ثنائية القطب OFF-polar و mgluR6 المعبر عنها في الخلايا ثنائية القطب ON-bipolar16. ومن الغريب أن جميع المستقبلات الثلاثة موجودة أيضا في دبقية مولر ، والتي تقترن بمسارات الكالسيوم والإينوزيتول ثلاثي الفوسفات17،18. المحور المثبط الأفقي ، الذي تصنعه الخلايا الأفقية والأماكرين ، لا يفرز فقط GABA ، ولكن أيضا الدوبامين والأسيتيل كولين وغيرها من الناقلات العصبية الكلاسيكية. خلايا أماكرين هي الأنواع الرئيسية من الخلايا الموجودة في مزارع شبكية العين للطيور ، والتي تظهر عدة أنواع من القنوات التي تعمل بالكالسيوم ، مثل قنوات الكالسيوم الغلوتاماتية والبيورينية والنيكوتينية والجهد الكهربائي. لهذا السبب ، يعد هذا نموذجا ممتازا لتقييم الخصائص المختلفة لتحولات الكالسيوم بين الخلايا العصبية والدبقية.
لذلك ، فإن الجمع بين المستقبلات والقنوات المختلفة التي تم تلخيصها في علامات النمط الظاهري الانتقائي أثناء التطوير مع أنماط استجابة ناهضة متميزة يسمح بتوقيعات فريدة في الجذع ، السلف ، الخلايا العصبية ، الخلايا النجمية ، oligodendrocyte ، و microglia التي تعمل من خلال أجهزة إشارات انتقائية.