Общий элемент древнего происхождения управляет клеточными воротами для натрия и кальция

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса обнаружили сильное семейное сходство у двух далёких родственников: каналы, пропускающие ионы натрия и кальция в клетки, используют схожий механизм регуляции поступления ионов. Оба типа каналов критически важны для жизни. Правильная концентрация ионов натрия и кальция в клетках обеспечивает здоровую коммуникацию в мозге, сокращение сердца и многие другие процессы. Новые данные, вероятно, помогут в разработке лекарств от болезней, связанных с этими каналами, — от эпилепсии до сердечных недугов и мышечной слабости.

«Это открытие долго ждало своего часа», — говорит Дэвид Юэ, профессор кафедры биомедицинской инженерии Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса. Отчёт его команды, опубликованный 19 июня в журнале Cell, берёт начало в 1990-х годах, когда другая группа учёных заметила поразительное сходство натриевых и кальциевых каналов в небольшой части их в остальном очень разной структуры. «Казалось, что этот "элемент сходства" может быть молекулярной капсулой времени, унаследованной от праионного канала, который, как считается, дал начало отдельным натриевым и кальциевым каналам миллиард лет назад», — говорит Юэ.

Для кальциевых каналов Юэ и другие исследовательские группы обнаружили, что элемент сходства поддерживает важную функцию: он предотвращает открытие канала при высоком уровне кальция в клетке. Это не даёт кальцию накапливаться в избытке, подобно тому как термостат регулирует температуру в доме. Этот контроль требует кальций-чувствительной молекулы кальмодулина, которая связывается с каналами в области элемента сходства.

Однако картина для натриевых каналов была менее ясной: разные исследователи сообщали о противоречивых данных относительно того, предотвращают ли кальмодулин и элемент сходства их открытие. Возможно, «капсула времени» была повреждена за тысячелетия или её там никогда не было.

Ману Бен-Джохи, аспирант лаборатории Юэ, взялся за этот вопрос. «Мы предположили, что противоречивые результаты для натриевых каналов могут быть связаны со сложностями существующих методов контроля концентрации кальция, которая может влиять на эти каналы», — говорит Бен-Джохи.

Ища новый подход, команда Юэ поместила ионы кальция в молекулярные «клетки», которые можно было открыть вспышкой света. Это позволило им «пронести» ионы кальция в клетки и увидеть, что происходит с натриевыми каналами при резком изменении концентрации кальция. Они обнаружили, что, как и в случае с кальциевыми каналами, увеличение концентрации кальция заставляло кальмодулин связываться с элементом сходства натриевых каналов и предотвращать их открытие.

Значение общего элемента управления в натриевых и кальциевых каналах огромно, говорит Юэ. Оно включает единое понимание состояний, возникающих из-за дефектов в кальциевом контроле этих каналов. Кроме того, «исследователи давно ищут препараты, которые модулируют натриевые и кальциевые каналы новыми способами. Нацеливание на общий элемент управления открывает новую область для разработки фармацевтических препаратов следующего поколения».