Актуальность
Артериальная гипертензия и заболевания нервной системы связаны с функционированием кальциевых каналов. Известно, что кальциевые каналы играют важнейшую роль, преобразуя электрические сигналы в процессах, связанных с межнейронной синаптической передачей, сокращением мышц и транскрипцией генов. В зависимости от порога активации различают высоко- и низковольтные кальциевые каналы.
Комплексы кальциевых каналов представлены набором субъединиц — альфа 1 (α1), бета (β) и альфа 2 (α2δ), — выполняющих основную функцию в контроле притока ионов кальция внутрь клеток. До настоящего времени, несмотря на ряд предпринятых исследований по анализу взаимодействий указанных комплексов, не было достигнуто значимых результатов в связи с трудностями проведения тестирований в режиме реального времени.
В недавней работе ученые Института науки и технологий имени Тэгу Кенбук (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology), Южная Корея, при сотрудничестве с исследователями Вашингтонского университета в Сиэтле (University of Washington, Seattle), США, сообщили об успешном опыте такого наблюдения, что позволило описать взаимодействие комплексов кальциевых каналов нейронов и кардиомиоцитов.
Материалы и результаты исследования
На начальном этапе работы научными сотрудниками кафедры исследований мозга и когнитивных наук (Department of Brain & Cognitive Sciences) Института науки и технологий имени Тэгу Кенбук была произведена модификация технологии, опосредующей индукцию β-субъединиц кальциевых каналов. Это позволило осуществить переход к специализированным субъединицам клеточных мембран митохондрий или эндоплазматического ретикулума для создания среды наблюдения в реальном времени. В дальнейшем, используя патч-зажим, исследователям удалось идентифицировать не только взаимодействия между различными субъединицами внутри кальциевых каналов, но также и функциональные особенности ранее неизвестных молекулярных структур.
Таким образом, в ходе эксперимента ученые установили, что β-субъединицы изучаемых молекулярных комплексов прочно соединяются с субъединицей α1 в случае индивидуальной ее экспрессии внутри кальциевого канала. Однако, если в одном канале существует более двух β-субъединиц различных типов, β-субъединицы существующих α1- и β-комбинированных структур заменяются другой отдельной β-субъединицей из-за конкуренции между β-субъединицами, что снижает стабильность целостного комплекса.
По словам авторов, полученные данные раскрывают новые горизонты в сфере соответствующих исследований, позволяя наблюдать в реальном времени динамическую комбинацию α1- и β-субъединиц в кальциевом канале живой клетки в условиях конкурентного взаимодействия субъединиц. Кроме того, такое конкурентное функционирование между субъединицами означает более точное управление притоком ионов кальция внутри клеток, что свидетельствует о важности точного мониторинга молекулярных компонентов.
Также исследователи описали ранее неизвестные явления, обусловленные ансамблем взаимной регуляции функций субъединиц. В частности, были продемонстрированы такие явления, как сокращение притока ионов кальция в канал вследствие разделения α1- и β-компонентов субъединиц, а также снижение скорости блокирования канала и общее снижение активности кальциевых каналов, вызванное влиянием фосфатидов клеточных мембран.
Выводы
Подводя итоги, авторы отметили, что исследование проводилось с использованием клеточных линий нейронов и кардиомиоцитов. Поэтому результаты, описанные в работе, потенциально могли бы стать основой разработки новых методов терапии артериальной гипертензии, а также неврологических заболеваний. В дополнение к этому применяемая методика исследования в будущем могла бы стать источником новой модели изучения функциональных характеристик внутриклеточных протеинов, осуществляющих взаимодействие с компонентами внеклеточного матрикса.
- DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) (2018) New study uncovers the interaction of calcium channels. ScienceDaily, Oct. 24.
- Yeon J.-H., Park C.-G., Hille B. et al. (2018) Translocatable voltage-gated Ca2 channel β subunits in α1–β complexes reveal competitive replacement yet no spontaneous dissociation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 115 (42): 9934–9943.
Наталья Савельева-Кулик
