Mitochondria play a fundamental role in ATP synthesis within the majority of mammalian cells. Potassium channels present in the inner mitochondrial membrane are fine regulators of mitochondrial function, based on inner membrane K+ permeability. These channels are regulated by a plethora of factors and conditions in a way similar to plasma membrane potassium channels. Regulators of mitochondrial potassium channels include the membrane potential, calcium ions, free fatty acids and ATP levels within the cells. Recently, it was shown that these channels are regulated by the respiratory chain, stretching of the membrane and phosphorylation. The essential interest that has driven studies of mitochondrial potassium channels for nearly 25 years is their role in cytoprotection and in cell death. Mitochondrial potassium channels have been described in neurons, astrocytoma, cardiac and skeletal muscles, fibroblasts, keratinocytes and endothelial cells. In this overview, we summarize the current knowledge of mitochondrial potassium channels. This summary will be done with a special focus on studies performed over the last 20 years in the Laboratory of Intracellular Ion Channels at the Nencki Institute. These include studies on the electrophysiological and pharmacological properties of mitochondrial potassium channels and on their regulation by endogenous intracellular substances. Additionally, the regulation of mitochondrial potassium channels by the respiratory chain and by stretching of the inner mitochondrial membrane will be reviewed. Properties of mitochondrial potassium channels in various organisms will also be summarized.
Podstawową rolą, jaką odgrywają mitochondria komórek ssaków w większości jest synteza ATP. Kanały potasowe występujące w wewnętrznej błonie mitochondrialnej są jednym z regulatorów funkcji mitochondriów. Ich mechanizm działania oparty jest na umożliwieniu przemieszczania się K+ przez nieprzepuszczalną dla tych jonów wewnętrzną błonę mitochondrialną. Kanały te są regulowane przez wiele czynników i warunków w sposób podobny do kanałów potasowych występujących błonie komórkowej. Modulatory mitochondrialnych kanałów potasowych wpływają min. na potencjał błonowy wewnętrznej błony mitochondrialnej, stężenie jonów wapnia, ilość wolnych kwasów tłuszczowych i poziom ATP w komórkach. Ponadto, ostatnio wykazano, że kanały te są regulowane przez łańcuch oddechowy, naprężenia wewnętrznej błony mitochondrialnej oraz fosforylację. Szczególne zainteresowanie mitochondrialnymi kanałami potasowymi, nad którymi od blisko 25 lat prowadzone są ich badania, wynika z roli jaką odgrywają w procesach cytoprotekcji i śmierci komórkowej. Występowanie mitochondrialnych kanałów potasowych opisano w neuronach, astrocytomie, mięśniach serca, mięśniach szkieletowych, fibroblastach, keratynocytach i komórkach śródbłonka. W niniejszej pracy przeglądowej podsumowano aktualną wiedzę na temat mitochondrialnych kanałów potasowych. Przeglądu literatury dokonano ze szczególnym naciskiem na badania przeprowadzone w Laboratorium Wewnątrzkomórkowych Kanałów Jonowych w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w ciągu ostatnich 20 lat. Obejmuje on badania właściwości elektrofizjologicznych i farmakologicznych mitochondrialnych kanałów potasowych oraz ich regulację przez egzogenne i endogenne substancje wewnątrzkomórkowe. Dodatkowo opisany został przegląd mechanizmów regulacji mitochondrialnych kanałów potasowych przez łańcuch oddechowy i naprężenia wewnętrznej błony mitochondrialnej. W niniejszej pracy zostały również podsumowane właściwości mitochondrialnych kanałów potasowych występujące w różnych organizmach.