Войти
| Кислоточувствительный натриевый канал | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Структура кислоточувствительного ионного канала 1. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | ASC | ||||||||
| Pfam | PF00858 | ||||||||
| InterPro | IPR001873 | ||||||||
| PROSITE | PDOC00926 | ||||||||
| SCOPe | 2qts / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 1.A.6 | ||||||||
| суперсемейство OPM | 181 | ||||||||
| белок OPM | 4fz1 | ||||||||
| |||||||||
Кислоточувствительные ионные каналы(ASIC) представляют собой нейрональные нечувствительные к напряжению натриевые каналы, активируемые внеклеточными протонами, проницаемыми для Na. ASIC1 также показывает низкую проницаемость для кальция. Белки ASIC являются подсемейством ENaC / Deg суперсемейства ионных каналов. Эти гены имеют варианты сплайсинга, которые кодируют несколько изоформ, отмеченных суффиксом. У млекопитающих кислоточувствительные ионные каналы (ASIC) кодируются пятью генами, которые продуцируют белковые субъединицы ASIC: ASIC1, ASIC2, ASIC3, ASIC4 и ASIC5. 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. 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.
Play media Кристаллизованная структура ионного канала, чувствительного к кислоте Каждая кислота- сенсорный 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. Внутриклеточные амино-карбоксильные концевые домены жизненно важны для внутриклеточных белковых взаимодействий и модуляции, ионной проницаемости и стробирования. Тем не менее, управление и механика каждого ионного канала, чувствительного к кислоте, определяется комбинацией субъединиц ASIC, которые формируют его структуру.
Механика функции пор является фундаментальной для канала состав. 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 меняют размер и форму в зависимости от состояния канала.
Два трансмембранных домена (TMD1 и TMD2) каждой из трех субъединиц ASIC являются отвечает за поры канала. TMD2 в первую очередь участвует в выстилке просвета внутри поры и в воротах инактивации канала, где TMD1 удерживает белок в липидном бислое клетки. TMD1 соединен с β-листами внеклеточного домена, которые сгибаются, чтобы расширить внеклеточный домен, чтобы обеспечить прохождение ионов через канал. 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, три из которых вносятся каждой субъединицей ASIC (Gly443, Ala444, Ser445), образуют фильтр селективности. Все три карбонильных кислорода, прозванные «газовым поясом», выстилают поры, создавая отрицательный потенциал, который способствует проводимости катионов. Конкретный аминокислотный остаток аспартата во внеклеточном боковом просвете TMD2 в ASIC1 был связан с низкой проводимостью канала Ca. Кроме того, n-концевые остатки трансмембранной области также показали селективность в отношении Na, поскольку мутации в этой области изменили функцию и проводимость Na.
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. «Пальма» составляет большую часть внеклеточного домена, образованного семью β-листами, тогда как остальные вторичные структурные домены состоят из α-спиральных сегментов. Отличающаяся своей специфической аминокислотной конфигурацией, внеклеточная область имеет фундаментальное значение для индукции активации / инактивации наряду с гейтированием pH. Специфическая область петли β-листа между доменами «ладонь» и «большой палец» продемонстрировала участие в передаче сигнала от внеклеточного домена к трансмембранным областям, что привело к конформационному изменению ASIC в его открытое состояние. 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. Эти остатки образуют кислотный карман, который выражает электростатические потенциалы, ответственные за pH-зависимость активации и модуляции каналов. Этот карман во внеклеточном домене действует как резерв для концентрации катионов, чтобы способствовать притоку Na. Гликозилирование также очевидно 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 Са может также играть ключевую роль в модулировании протонного сродства ASIC, блокирующего как внутри поры, так и во внеклеточном домене.
Роль ASIC заключается в том, чтобы ощущают снижение уровня внеклеточного pH и вызывают 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 нормальных уровнях pH, что указывает на другие типы связывающих лигандов. 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. Управляемые напряжением каналы Ca активируются, что приводит к притоку кальция в клетку. Это вызывает деполяризацию нейрона и высвобождение возбуждающего ответа. В ASIC1a повышение Ca внутри клетки является результатом притока кальция непосредственно через канал.
После активации ASIC может запускать множество различных эффекторных белков и сигнальных молекул, что приводит к различным реакциям со стороны клетки.. А именно, α-Актинин приводит к повышенной чувствительности к pH и восстановлению десенсибилизации. Они также могут увеличивать плотность тока, протекающего через канал. Также существует множество протеинкиназ, которые регулируют функцию ASIC посредством фосфорилирования. К ним относятся протеинкиназа A (PKA) и протеинкиназа C (PKC). Считается, что существует гораздо больше регуляторов, но их влияние не было экспериментально установлено.
Есть некоторые другие факторы, которые могут играть роль в регуляции ASIC. Присутствие созревших N-связанных гликанов на поверхности канала, как говорят, позволяет каналу предпочтительно передавать трафик для ASIC1a. Это результат увеличения сайтов N-гликозилирования на ASIC1a и ASIC2a. 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.
Большинство ASIC экспрессируются 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 сенсорных нервных окончаний. Кроме того, ASIC обычно обнаруживаются в афферентных нервных волокнах кожи, мышц, суставов и внутренних органов, где они, как было обнаружено, связаны с болью, вкусом и функциями желудочно-кишечного тракта.
В центральной нервной системе ASIC обычно находятся в тыльном роге спинного мозга. ASIC1 специально сконцентрирован в миндалине, что иллюстрирует его роль в тревожном поведении, а ASIC3 был обнаружен в органе Корти и спиральном ганглии, иллюстрируя роль этого конкретного канала. в слуховом и зрительном восприятии. Субъединицы ASIC1a, ASIC2a и ASIC2b также были обнаружены в гиппокампе.
ASIC являются потенциальными мишенями для лекарств для лечения широкого спектра состояний, связанных как с ЦНС. и ПНС. Особый интерес для области боли представляет рецептор подтипа ASIC3, который специфически экспрессируется в ноцицепторах. Этот подтип демонстрирует двухфазный ток после активации протона, когда начальный внутренний ток Na вскоре сменяется устойчивым катионным током.
ASIC важны для функции сетчатки глаза и обеспечивают защиту при ярком свете. 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.
Каналы ASIC1a также играют роль в защите от судорожной активности. Судороги вызывают повышенную неконтролируемую активность нейронов в головном мозге, которая выделяет большое количество кислых пузырьков. Каналы ASIC1a открываются в ответ и, как было показано, защищают от приступов за счет уменьшения их прогрессирования. Исследования, изучающие этот феномен, показали, что удаление гена ASIC1a приводит к усилению судорожной активности.
Каналы ASIC1a специфически открываются в ответ на pH 5,0-6,9 и вносят свой вклад в патологию ишемического повреждения головного мозга, поскольку их активация вызывает небольшое увеличение в проницаемости и поступлении внутрь Ca. Каналы ASIC1a дополнительно способствуют активации потенциал-управляемых каналов Ca2 + и каналов рецептора NMDA при начальной деполяризации, способствуя значительному увеличению внутриклеточного кальция, что приводит к гибели клеток. Возможный механизм гибели клеток, опосредованной ASIC1a-каналом, связан с активацией других каналов, что приводит к повышенному содержанию Са, который создает сигнальные пути для апоптоза и некроза в клетке. Исследования нокаута генов, а также блокады ASIC показали уменьшение объема инфаркта головного мозга на 60%, предполагая, что каналы ASIC играют важную роль в развитии патологических состояний, возникающих в результате ацидоза и ишемии. индуцированное повреждение нейронов. Эффекты блокады ASIC и NMDA были изучены для определения роли обоих каналов в токсичности Са и оценки их соответствующего вклада. Использование блокады обоих каналов обеспечивает большую нейрозащиту, чем использование блокады только одного канала, а блокада ASIC обеспечивает длительную эффективность блокады NMDA.
Из-за роли кислоты воспринимая ионные каналы при восприятии боли и некоторых патофизиологических процессах, они имеют фармакологическое значение как лекарственная мишень для ингибирования. 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 не считается высокоэффективным из-за значения IC50 в микромолярном диапазоне, но позволил провести исследования эффектов ингибирования ASIC на мигрень. Во время мигрени наблюдается депрессия распространения коры, которая вызывает дисбаланс ионов и высвобождение заряженных молекул, которые могут активировать ASIC. Тестирование амилорида на грызунах показало уменьшение распространяющейся кортикальной депрессии во время мигрени. Исследования показали, что амилорид действует как конкурентный ингибитор разделов 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 недостаточной специфичности и эффективности амилорида необходимо будет провести дальнейшую разработку его структуры до того, как лекарство будет выпущено.
Низкомолекулярный ингибитор A-317567 обладает большим терапевтическим потенциалом, 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.
Наиболее эффективным и наиболее известным ингибитором ASIC является 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-управляемые ионные каналы или лиганд-управляемые каналы. Структура этого ингибитора состоит из 40 аминокислот, связанных дисульфидными связями. Он был идентифицирован как пептидный токсин южноамериканского птицееда Psalmopoeus Cambridge. Когда PcTX1 вводили в базолатеральную миндалину крыс, эмоциональные и тревожные симптомы, связанные с болью, значительно уменьшались.
Часто применялись нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП ). было обнаружено, что он играет роль в ингибировании ASIC, что способствует модуляции боли. Хорошо известным механизмом действия НПВП является их подавление синтеза простагландина, 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 ткани, и, таким образом, подавляют сигнал к чувствительным к боли нейронам.
Продолжая исследования фармакологического потенциала ингибирования ASIC, пациенты, страдающие хронической болью и различные патологии, связанные с ацидозом, могут иметь больше вариантов лечения в будущем. Кроме того, исследования ASIC по открытию новых лекарств позволяют лучше узнать функцию самих каналов и их физиологическое значение.
