Описан механизм блокады ионного канала TRPV6 полиамином спермин
Сотрудники Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук в составе международного коллектива описали молекулярный механизм блокады кальциевого канала TRPV6 эндогенным полиамином спермин. Работа поддержана Минобрнауки России и опубликована в журнале Nature Communications.
TRPV6 — кальций-селективный ионный канал, играющий ключевую роль в поддержании кальциевого гомеостаза в клетках кишечника, плаценты, поджелудочной железы и ряда других органов. Нарушения его работы связаны с широким спектром заболеваний: от неонатального гиперпаратиреоза и хронического панкреатита до болезни Крона. Кроме того, TRPV6 сверхэкспрессирован при нескольких видах рака — в том числе предстательной и молочной желёз и толстой кишки, — что делает данный белок перспективной мишенью для разработки противоопухолевых препаратов.
Спермин — эндогенный полиамин, присутствующий в клетках практически всех живых организмов и участвующий в регуляции клеточного роста. Полиамины давно известны как модуляторы ионных каналов, однако структурные основы их действия на каналы семейства TRP до недавнего времени оставались слабо изученными.
В новой работе исследователи показали, что внутриклеточный спермин подавляет ионный ток через TRPV6. С помощью криоэлектронной микроскопии авторы определили структуру комплекса TRPV6 со спермином: молекула располагается внутри поры канала вдоль её оси — от селективного фильтра до центральной полости. При этом сам канал остается в открытом состоянии: спермин блокирует его, физически перекрывая путь для ионов, не вызывая существенных конформационных перестроек.
Молекулярное моделирование, включая расчёты молекулярной динамики в полноатомном представлении, позволило детально описать процесс проникновения спермина в пору и выявить ступенчатый механизм связывания: молекула последовательно проходит через три метастабильных состояния на пути к селективному фильтру, где удерживается за счёт контактов с остатками T539 и D542, создающими электростатически комплементарное окружение для положительно заряженного спермина. Результаты моделирования были подтверждены направленным мутагенезом и данными электрофизиологических измерений: замены T539V и D580R практически полностью устраняли блокаду канала спермином.
Ступенчатый механизм блокады канала TRPV6 спермином по данным молекулярного моделирования. В Сайте 1 спермин связывается у цитоплазматического входа в пору вблизи остатка D580, принимая две ориентации. В Сайте 2 молекула проникает в центральную полость, вытесняя ионы. В Сайте 3 спермин достигает селективного фильтра, где удерживается за счёт контактов с остатками T539 и D542, блокируя пору. Спермин изображён пурпурными и синими сферами, катионы Na + /Ca 2+ — красными; спирали TRPV6 представлены серыми цилиндрами; остатки D580, I575 (ворота), T539 и D542 обозначены в стержневом представлении и окрашены в синий, серый, оранжевый и зелёный цвета соответственно. На каждой панели показаны две субъединицы из четырёх; мембрана обозначена белым цветом
Полученные результаты расширяют представления о том, как эндогенные молекулы регулируют работу TRPV6. Поскольку концентрация полиаминов в клетках возрастает при развитии опухолей, блокада канала спермином может оказаться важным звеном в регуляции кальциевого гомеостаза при онкологических заболеваниях.
Работа выполнена в сотрудничестве с лабораторией профессора А. Соболевского (Колумбийский университет, Нью-Йорк, США) и лабораторией доктора В. Чубанова (Мюнхенский университет им. Людвига-Максимилиана, Германия).
Источник: ИБХ РАН.
