Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кислоточувствительный натриевый канал
PDB 1qts EBI.jpg
Структура кислоточувствительного ионного канала 1. [1]
Идентификаторы
СимволASC
PfamPF00858
ИнтерПроIPR001873
PROSITEPDOC00926
SCOP22qts / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.A.6
OPM суперсемейство181
Белок OPM4fz1
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Кислоточувствительные ионные каналы ( ASIC ) - это нейронные нечувствительные к напряжению натриевые каналы, активируемые внеклеточными протонами, проницаемыми для Na + . ASIC1 также показывает низкую проницаемость для Ca 2+ . [2] Белки ASIC являются подсемейством суперсемейства ENaC / Deg ионных каналов . Эти гены имеют варианты сплайсинга, которые кодируют несколько изоформ , помеченных суффиксом. У млекопитающих кислоточувствительные ионные каналы (ASIC) кодируются пятью генами, которые продуцируют белковые субъединицы ASIC: ASIC1, ASIC2, ASIC3, ASIC4 и ASIC5 . [3]Три из этих белковых субъединиц собираются с образованием ASIC, который может объединяться как в гомотримерные, так и в гетеротримерные каналы, обычно обнаруживаемые как в центральной нервной системе, так и в периферической нервной системе . [2] Однако наиболее распространенными ASIC являются ASIC1a, ASIC1a / 2a и ASIC3. ASIC2b не работает сам по себе, но модулирует активность канала при участии в гетеромультимерах, а ASIC4 не имеет известной функции. В широком смысле ASIC являются потенциальными мишенями для лекарств из-за их участия в патологических состояниях, таких как повреждение сетчатки, судороги и ишемическое повреждение головного мозга. [4] [5]

Структура [ править ]

Воспроизвести медиа
Кристаллизованная структура ионного канала, чувствительного к кислоте

Каждый чувствительный к кислоте ионный канал состоит из 500-560 аминокислотной последовательности, которая состоит из шести трансмембранных сегментов - по два на субъединицу (TMD1 и TMD2), цитоплазматического аминокарбоксильного конца и большого внеклеточного домена. [3] Внутриклеточные амино-карбоксильные концевые домены жизненно важны для внутриклеточных белковых взаимодействий и модуляции, ионной проницаемости и стробирования. Однако стробирование и механика каждого ионного канала, чувствительного к кислоте, определяется комбинацией субъединиц ASIC, которые формируют его структуру. [3]

Pore [ править ]

Механика функции пор является фундаментальной для структуры канала. Между тремя субъединицами ASIC1 туннель проходит от верхушки внеклеточных доменов до цитоплазмы клетки. Центральный туннель проходит непосредственно между тримерным блоком, где он имеет большие суженные области, которые меняются по размеру и форме в зависимости от состояния канала. [3]

Два трансмембранных домена (TMD1 и TMD2) каждой из трех субъединиц ASIC ответственны за поры канала. TMD2 в первую очередь участвует в выстилке просвета внутри поры и инактивации канала, где TMD1 удерживает белок внутри липидного бислоя клетки . [6] TMD1 соединен с β-листами внеклеточного домена, которые изгибаются, чтобы расширить внеклеточный домен, чтобы обеспечить прохождение ионов через канал. [3] Между сегментами TMD2 находится селективный фильтр, который формирует самую узкую часть поры, которая отвечает за допустимость ASIC в основном для Na + . Для ASIC1 девять аминокислотных остатков, по три из каждой субъединицы ASIC (Gly443, Ala444, Ser445), образуют фильтр селективности. Все три карбонильных кислорода, прозванные «ГАЗОВЫМ поясом», выстилают поры, создавая отрицательный потенциал, который способствует проводимости катионов. [3] Конкретный аминокислотный остаток аспартата во внеклеточном боковом просвете TMD2 в ASIC1 был связан с низкой проводимостью канала Ca 2+ . Кроме того, n-концевые остатки трансмембранной области также показали селективность в отношении Na + , поскольку мутации в этой области изменили функцию и проводимость Na + . [3]

Внеклеточная область [ править ]

ASIC имеют большую внеклеточную область, похожую на кулак, которая потребляет большую часть структуры белков. Внутри его «кулакоподобной» структуры есть области запястья, ладони, пальца, сустава, большого пальца и β-шара. «Ладонь» составляет большую часть внеклеточного домена, образованного семью β-листами, тогда как остальные вторичные структурные домены состоят из α-спиральных сегментов. [3] Отличающаяся своей специфической аминокислотной конфигурацией, внеклеточная область имеет фундаментальное значение для индукции активации / инактивации наряду с регулированием pH . Специфическая область петли β-листа между доменами «ладонь» и «большой палец» продемонстрировала участие в передаче сигнала от внеклеточного домена к трансмембранным областям,в результате конформационного изменения ASIC в открытое состояние.[3] Однако остается неясным, какие именно остатки взаимодействуют с протонами, чтобы активировать канал. В 2009 году исследования, возможно, установили взаимосвязь между ароматическими остатками Tyr72, Pro287 и Trp288 и протон-стробированием ASIC. [3] Эти остатки образуют кислотный карман, который выражает электростатические потенциалы, которые ответственны за зависимость от pH при активации и модуляции каналов. [7] Этот карман во внеклеточном домене действует как резерв для концентрации катионов, чтобы способствоватьпритокуNa + . Гликозилированиетакже проявляется во внеклеточной области, играя важную роль в транспортировке канала к поверхности мембраны, а также в установлении чувствительности ASIC к уровням pH. Дальнейшие экспериментальные данные показали, что Ca 2+ может также играть ключевую роль в модулировании протонного сродства ASIC-гейтинга как внутри поры, так и во внеклеточном домене. [3]

Функция [ править ]

Роль ASIC заключается в том, чтобы ощущать пониженные уровни внеклеточного pH и вызывать ответ или сигнал от нейрона. Долгое время считалось, что лиганд, который связывается с сайтом активации, состоит исключительно из протонов; однако недавние исследования показали, что ASIC4 и ASIC1 могут активироваться при нормальном уровне pH, что указывает на другие типы связывающих лигандов. [8]В условиях повышенной кислотности протон связывается с каналом во внеклеточной области, активируя ионный канал для прохождения конформационных изменений, открывая трансмембранный домен 2 (TMD2). Это приводит к притоку ионов натрия через просвет TMD2. Все ASIC особенно проницаемы для ионов натрия. Единственный вариант - ASIC1a, который также имеет низкую проницаемость для ионов кальция. Приток этих катионов приводит к деполяризации мембраны. Потенциалзависимыми Са 2+ каналы активируются в результате чего приток кальция в клетку. Это вызывает деполяризацию нейрона и высвобождение возбуждающего ответа. В ASIC1a увеличение Ca 2+ внутри клетки является результатом притока кальция непосредственно через канал.[8]

После активации ASIC может запускать множество различных эффекторных белков и сигнальных молекул, что приводит к различным реакциям клетки. А именно, α-актинин приводит к повышенной чувствительности к pH и восстановлению десенсибилизации. Они также могут увеличивать плотность тока, протекающего через канал. [8] Существует также множество протеинкиназ, которые регулируют функцию ASIC посредством фосфорилирования . К ним относятся протеинкиназа A (PKA) и протеинкиназа C (PKC). Считается, что регуляторов гораздо больше, но их эффекты не были получены экспериментально. [8]

Есть и другие факторы, которые могут повлиять на регулирование ASIC. Считается, что присутствие созревших N-связанных гликанов на поверхности канала позволяет каналу предпочтительно передавать трафик для ASIC1a. Это результат увеличения количества сайтов N-гликозилирования на ASIC1a и ASIC2a. [8] Высокий уровень глицерина (который, как известно, ускоряет созревание белка) на поверхности ASIC2 также указывает на то, что регуляция функции этих каналов зависит от созревания белка. Также предполагается, что окисление играет роль в торговле. [8]

Местоположение [ править ]

Большинство ASIC выражаются в нервной системе. ASIC1, ASIC2, ASIC2b и ASIC4 обычно выражаются как в центральной, так и в периферической нервной системе, тогда как ASIC1b и ASIC3 обычно расположены только в периферийной.

В периферической нервной системе ASIC расположены в телах клеток постсинаптических мембран и терминалов сенсорных нервов. Кроме того, ASIC обычно обнаруживаются в афферентных нервных волокнах кожи, мышц, суставов и внутренних органов, где, как было обнаружено, они связаны с болью, вкусом и функциями желудочно-кишечного тракта. [6]

В центральной нервной системе ASIC обычно находятся в заднем роге спинного мозга . [4] ASIC1 специально сконцентрирован в миндалевидном теле , иллюстрируя его роль в тревожном поведении, а ASIC3 был обнаружен в кортиевом органе и спиральном ганглии, что иллюстрирует роль этого конкретного канала в слуховом и зрительном восприятии. [6] Субъединицы ASIC1a, ASIC2a и ASIC2b также были обнаружены в гиппокампе. [9]

Физиология [ править ]

ASIC являются потенциальными мишенями для лечения широкого спектра состояний, связанных как с ЦНС, так и с ПНС. [4] [5] Особый интерес для области боли представляет рецептор подтипа ASIC3, который специфически экспрессируется в ноцицепторах . Этот подтип демонстрирует двухфазный ток при активации протона, где начальный внутренний ток Na + вскоре сменяется устойчивым катионным током.

ASIC важны для функции сетчатки глаза и обеспечивают защиту от яркого света. Восприимчивость к повреждению сетчатки увеличивается после делеции гена ASIC2. Повышенный апоптоз произошел в ответ на яркий свет в гене ASIC2 - / - по сравнению с сетчаткой дикого типа. [8]

Каналы ASIC1a также играют роль в защите от захватов. Судороги вызывают повышенную неконтролируемую нейронную активность в головном мозге, которая выделяет большое количество кислых пузырьков. [5] Каналы ASIC1a открываются в ответ и, как было показано, защищают от приступов, снижая их прогрессирование. Исследования этого явления показали, что удаление гена ASIC1a привело к усилению судорожной активности. [8]

Каналы ASIC1a специфически открываются в ответ на pH 5,0-6,9 и вносят свой вклад в патологию ишемического повреждения мозга, поскольку их активация вызывает небольшое увеличение проницаемости для Ca 2+ и приток Ca 2+ внутрь . Каналы ASIC1a дополнительно способствуют активации потенциал-управляемых каналов Ca2 + и каналов рецепторов NMDA при начальной деполяризации, способствуя значительному увеличению внутриклеточного кальция, что приводит к гибели клеток. [10] Возможный механизм гибели клеток, опосредованной ASIC1a-каналом, связан с активацией других каналов, что приводит к повышению уровня Ca 2+, который создает сигнальные пути для апоптоза и некроза в клетке. [5]Исследования нокаута генов, а также блокады ASIC показали, что объем инфаркта головного мозга снижается на 60%, предполагая, что каналы ASIC играют важную роль в развитии патологических состояний, возникающих в результате ацидоза и ишемии, вызванного повреждением нейронов. [10] Эффекты блокады ASIC и NMDA были изучены для определения роли обоих каналов в токсичности Ca 2+ и оценки их соответствующего вклада. Использование блокады для обоих каналов обеспечивает большую нейрозащиту, чем использование блокады только для одного канала, а блокада ASIC обеспечивает длительную эффективность блокады NMDA. [10]

Фармакология [ править ]

Из-за роли ионных каналов, чувствительных к кислоте, в восприятии боли и некоторых патофизиологических процессов, они имеют фармакологическое значение в качестве лекарственной мишени для подавления. Ионные каналы, чувствительные к кислоте, обнаруживаются как в центральных, так и в периферических нейронах. Модуляция активности ASIC может дополнительно контролировать неблагоприятные поведенческие и эмоциональные симптомы хронической боли, такие как тревога и депрессия.

Кислоточувствительные ионные каналы (ASIC) активируются при pH ниже ~ 6 с вариабельностью в зависимости от типа канала и его местоположения. Снижение pH может быть вызвано множеством причин, включая воспаление тканей, ишемический инсульт, накопление молочной кислоты из-за повышенного клеточного метаболизма. Активация канала вызывает повышенную проницаемость для ионов натрия, что деполяризует клетку и вызывает возбуждение потенциала действия . Результирующие потенциалы действия можно модулировать с помощью низкомолекулярных ингибиторов.

Амилорид является примером ингибитора ASIC, хотя он и не считается высокоэффективным из-за значения IC50 в микромолярном диапазоне, но позволил провести исследования эффектов ингибирования ASIC при мигрени. Во время мигрени наблюдается депрессия распространения коры головного мозга, которая вызывает дисбаланс ионов и высвобождение заряженных молекул, которые могут активировать ASIC. Тестирование амилорида на грызунах показало уменьшение корковой депрессии во время мигрени. Исследования показали, что амилорид действует как конкурентный ингибитор.глав ASIC. Использование амилорида также показало побочные эффекты у грызунов из-за ингибирования обменников натрия / кальция. Ингибирование этих обменников нарушает клеточный гомеостаз кальция и вызывает высокий уровень кальция в клетке, что объясняет снижение нейропротекторной эффективности при использовании амилорида. Результаты, полученные благодаря ингибированию амилоридом ASIC, являются многообещающими и подтверждают терапевтический потенциал. Однако из-за отсутствия специфичности и эффективности амилорида необходимо будет провести дальнейшую разработку лекарственного средства его структуры до того, как лекарство будет выпущено. [11] [10]

Низкомолекулярный ингибитор A-317567 проявляет больший терапевтический потенциал, чем амилорид, с более высокой специфичностью к каналам ASIC и повышенной эффективностью. Хотя A-317567 показывает небольшую селективность в отношении различных типов каналов ASIC, результаты in vivo показали, что побочных эффектов, наблюдаемых при использовании амилорида, можно избежать благодаря специфичности A-317567 для ASIC. Кроме того, A-317567 обладает способностью поддерживать ингибирование устойчивых токов, что может быть многообещающим особенно при хронических состояниях, опосредованных ацидозом. [10]

Самый эффективный и известный ингибитор ASIC - это PcTX1. PcTX1 специфически ингибирует ASICa и имеет значение IC50 в наномолярном диапазоне - меньшее значение IC50, чем у всех других известных ингибиторов ASIC, которые были в микромолярном диапазоне. Кроме того, PcTX1 не ингибирует другие потенциал-зависимые ионные каналы или лиганд-зависимые каналы . В состав этого ингибитора входит 40 аминокислот, связанных дисульфидными связями . Он был идентифицирован как пептидный токсин южноамериканского птицееда Psalmopoeus Cambridge . [10] Когда PcTX1 вводили в базолатеральную миндалину крыс, эмоциональные и тревожные симптомы, связанные с болью, значительно уменьшались. [12]

Было обнаружено, что обычно используемые нестероидные противовоспалительные препараты ( НПВП ) играют роль в ингибировании ASIC, что способствует модуляции боли. Хорошо известным механизмом действия НПВП является их подавление синтеза простагландинов, основного воспалительного соединения. Однако результаты показывают, что НПВП ибупрофен и аспирин ингибируют ASIC со значениями IC50 350 мкМ и 260 мкМ соответственно. НПВП, вероятно, подавляют ток ASIC во время острой боли, особенно вызванной воспалением тканей, и, таким образом, подавляют сигнал к нейронам, чувствительным к боли. [10]

Продолжая исследования фармакологического потенциала ингибирования ASIC, пациенты, страдающие хронической болью и различными патологиями, связанными с ацидозом, могут иметь больше вариантов лечения в будущем. Кроме того, исследования ASIC по открытию новых лекарств дают больше информации о функциях самих каналов и их физиологическом значении.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Jasti Дж, Furukawa Н, Гонзэйлс Е.Б., Gouaux Е (2007). «Структура кислоточувствительного ионного канала 1 при разрешении 1,9 Å и низком pH». Природа . 449 (7160): 316–322. DOI : 10,1038 / природа06163 . PMID  17882215 .
  2. ^ a b Gründer S, Pusch M (июль 2015 г.). «Биофизические свойства кислоточувствительных ионных каналов (ASIC)». Нейрофармакология . 94 : 9–18. DOI : 10.1016 / j.neuropharm.2014.12.016 . PMID 25585135 . 
  3. ^ a b c d e f g h i j k Ханукоглу I (февраль 2017 г.). «Натриевые каналы типа ASIC и ENaC: конформационные состояния и структуры фильтров ионной селективности» . Журнал FEBS . 284 (4): 525–545. DOI : 10.1111 / febs.13840 . PMID 27580245 . 
  4. ^ a b c Слука К.А., Winter OC, Wemmie JA (сентябрь 2009 г.). «Кислоточувствительные ионные каналы: новая мишень для лечения боли и заболеваний ЦНС» . Текущее мнение в области открытия и разработки лекарств . 12 (5): 693–704. PMC 3494879 . PMID 19736627 .  
  5. ^ a b c d Wang YZ, Xu TL (декабрь 2011 г.). «Ацидоз, кислоточувствительные ионные каналы и гибель нейрональных клеток». Молекулярная нейробиология . 44 (3): 350–8. DOI : 10.1007 / s12035-011-8204-2 . PMID 21932071 . 
  6. ^ a b c Осмаков Д.И., Андреев Ю.А., Козлов С.А. (2014). «Кислоточувствительные ионные каналы и их модуляторы». Биохимия. Биохимия . 79 (13): 1528–45. DOI : 10.1134 / S0006297914130069 . PMID 25749163 . 
  7. ^ Шервуд TW, Фрей EN, Askwith CC (октябрь 2012 г.). «Структура и активность кислоточувствительных ионных каналов» . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 303 (7): C699–710. DOI : 10,1152 / ajpcell.00188.2012 . PMC 3469599 . PMID 22843794 .  
  8. ^ a b c d e f g h Zha XM (январь 2013 г.). «Кислоточувствительные ионные каналы: трафик и синаптическая функция» . Молекулярный мозг . 6 : 1. DOI : 10,1186 / 1756-6606-6-1 . PMC 3562204 . PMID 23281934 .  
  9. ^ Барон, A .; Waldmann, R .; Лаздунский, М. (2002). «ASIC-подобные, активируемые протонами токи в нейронах гиппокампа крысы. The Journal of Physiology, 539 (2), 485–494 | 10.1113 / jphysiol.2001.014837» . Журнал физиологии . 539 (Pt 2): 485–494. DOI : 10.1113 / jphysiol.2001.014837 . PMC 2290154 . PMID 11882680 .  
  10. ^ Б с д е е г Сюн З.Г., Пиньятаро G, Li M, Chang С.Ю., Simon RP (февраль 2008 г.). «Кислоточувствительные ионные каналы (ASIC) как фармакологические мишени для нейродегенеративных заболеваний» . Текущее мнение в фармакологии . Неврология. 8 (1): 25–32. DOI : 10.1016 / j.coph.2007.09.001 . PMC 2267925 . PMID 17945532 .  
  11. ^ Baron A, E Lingueglia (июль 2015). «Фармакология кислоточувствительных ионных каналов - физиологические и терапевтические перспективы» (PDF) . Нейрофармакология . Кислоточувствительные ионные каналы в нервной системе. 94 : 19–35. DOI : 10.1016 / j.neuropharm.2015.01.005 . PMID 25613302 .  
  12. ^ Айсуни, Юсеф; Эль-Герраб, Абдеррахим; Хамие, Аль-Махди; Феррье, Жереми; Чалус, Мариз; Лемэр, Дайан; Грегуар, Стефани; Этьен, Моник; Эшелье, Ален (2017-03-02). «Чувствительный к кислоте ионный канал 1a в миндалине участвует в поведении, связанном с болью и тревогой, связанном с артритом» . Научные отчеты . 7 : 43617. дои : 10.1038 / srep43617 . ISSN 2045-2322 . PMC 5340794 . PMID 28321113 .