Учёные обнаружили неканонический путь активации ионных каналов

Ионные каналы — белковые комплексы, контролирующие прохождение ионов через клеточную мембрану и регулирующие жизненно важные процессы (например, сердцебиение). Они являются мишенью для разработки лекарств. Исследование под руководством испанского учёного Аны Фернандес Мариньо в Университете Висконсина (США) представляет новую модель, объясняющую, как открываются и закрываются поры этих каналов.

Ионные каналы отвечают за электрическую возбудимость клеток и такие процессы, как генерация и распространение сердечного импульса, передача сигналов между нейронами, секреция нейротрансмиттеров и проведение боли. Их дисфункция приводит к сердечным и нейронным патологиям.

Эти трансмембранные белковые структуры действуют как ворота, регулирующие проход ионов (K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Cl^- и др.) через пору. Пору открывает или закрывает стимул от сенсора напряжения — другой области канала, которая детектирует изменения электрического потенциала мембраны.

Ранее считалось, что пора и сенсор напряжения связаны через линкер (спираль из ~15 аминокислот), который активируется движением сенсора. Это канонический взгляд на механизм сопряжения.

Однако исследование Фернандес Мариньо обнаружило неканонический путь, вовлекающий аминокислотный сегмент, состоящий из части сенсора напряжения и части поры. Эти два сегмента соединяются, как застёжка-молния, чтобы запустить открытие или закрытие канала. Подробности опубликованы в Nature Structural & Molecular Biology.

Для исследования использовали калиевый канал Shaker как модель, а также методы:

• Мутагенез
• Электрофизиология
• Флуоресцентные техники
• Молекулярно-динамическое моделирование
• Энергетические расчёты

Это позволило проанализировать молекулярные пути сопряжения сенсора напряжения и поры.

Новый подход помогает объяснить недавние открытия: некоторые регулируемые напряжением каналы (например, hERG — human ether-à-go-go related gene) почти не имеют линкера (фрагмент всего из 5 аминокислот, не обязательный для сопряжения).

Исследование открывает дискуссию о том, как ионные каналы в целом реагируют на сигналы напряжения по неканоническому пути. Этот путь справедлив как для каналов типа Shaker с их хорошо структурированным линкером, так и для семейства hERG и других, у которых линкера почти нет.

Более глубокое понимание работы ионных каналов позволит лучше изучить регулируемые ими физиологические механизмы и связанные патологии, что поможет в разработке новых лекарств.