Входящий выпрямляющий калиевый канал
Группа трансмембранных белков, которые пассивно транспортируют ионы калия.
Семейство белков
Внутренний выпрямляющий калиевый канал
кристаллическая структура внутреннего выпрямляющего калиевого канала
Идентификаторы
СимволИРК
ПфамПФ01007
Клан ПФАМCL0030
ИнтерПроIPR013521
СКОП21n9p / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.А.2
суперсемейство OPM8
белок ОПМ3СПГ
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Каналы внутреннего выпрямления калия ( K ir , IRK ) являются специфическим липид-зависимым подмножеством калиевых каналов . На сегодняшний день в различных типах клеток млекопитающих, [1] растениях [2] и бактериях идентифицировано семь подсемейств . [3] Они активируются фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом ( PIP 2 ). Нарушение работы каналов было связано с несколькими заболеваниями. [4] [5] Каналы IRK обладают пористым доменом, гомологичным таковому у потенциалзависимых ионных каналов , и фланкирующими трансмембранными сегментами (TMS). Они могут существовать в мембране в виде гомо- или гетероолигомеров , и каждый мономер обладает от 2 до 4 TMS. С точки зрения функции эти белки транспортируют калий (K + ) , с большей тенденцией к поглощению K + , чем к экспорту K + . [3] Процесс внутреннего выпрямления был открыт Денисом Ноблом в клетках сердечной мышцы в 1960-х годах [6] и Ричардом Адрианом и Аланом Ходжкиным в 1970 году в клетках скелетных мышц. [7]

Обзор внутреннего исправления

Рисунок 1. Записи тока всей клетки K ir 2 вовнутрь-выпрямляющих калиевых каналов, экспрессированных в клетке HEK293 . (Это сильно вовнутрь выпрямляющий ток. Отклонения вниз - это входящие токи, отклонения вверх - это выходящие токи, а ось x - это время в секундах.) На этом изображении наложено 13 ответов. Самый нижний след - это ток, вызванный скачком напряжения до -60 мВ , а самый верхний - до +60 мВ относительно потенциала покоя , который близок к потенциалу реверсии K + в этой экспериментальной системе. Другие следы находятся с шагом 10 мВ между ними.

Канал, который является "внутренне-выпрямляющим", - это тот, который пропускает ток (положительный заряд) легче вовнутрь (в клетку), чем наружу (из клетки). Считается, что этот ток может играть важную роль в регуляции нейронной активности, помогая стабилизировать мембранный потенциал покоя клетки.

По соглашению, входящий ток (положительный заряд, движущийся в клетку) отображается в зажиме напряжения как отклонение вниз, в то время как исходящий ток (положительный заряд, движущийся из клетки) отображается как отклонение вверх. При мембранных потенциалах, отрицательных по отношению к потенциалу реверсии калия , выпрямляющие внутрь каналы K + поддерживают поток положительно заряженных ионов K + в клетку, подталкивая мембранный потенциал обратно к потенциалу покоя. Это можно увидеть на рисунке 1: когда мембранный потенциал зафиксирован отрицательно по отношению к потенциалу покоя канала (например, -60 мВ), течет входящий ток (т. е. положительный заряд течет в клетку). Однако, когда мембранный потенциал установлен положительным по отношению к потенциалу покоя канала (например, +60 мВ), эти каналы пропускают очень мало тока. Проще говоря, этот канал пропускает гораздо больше тока во внутреннем направлении, чем наружу, в своем рабочем диапазоне напряжений. Эти каналы не являются идеальными выпрямителями, так как они могут пропускать некоторый исходящий ток в диапазоне напряжений примерно до 30 мВ выше потенциала покоя.

Эти каналы отличаются от калиевых каналов, которые обычно отвечают за реполяризацию клетки после потенциала действия , таких как отсроченный выпрямитель и калиевые каналы типа А. Эти более «типичные» калиевые каналы преимущественно переносят внешние (а не внутренние) калиевые токи при деполяризованных мембранных потенциалах и могут рассматриваться как «внешне выпрямляющие». Когда впервые было обнаружено внутреннее выпрямление, его назвали «аномальным выпрямлением», чтобы отличить его от внешних калиевых токов. [8]

Внутренние выпрямители также отличаются от тандемных поровых доменных калиевых каналов , которые в значительной степени ответственны за токи «утечки» K + . [9] Некоторые внутренние выпрямители, называемые «слабыми внутренними выпрямителями», переносят измеримые внешние токи K + при напряжениях, положительных по отношению к потенциалу реверсии K + (соответствующих, но больших, чем небольшие токи выше линии 0 нА на рисунке 1). Они, вместе с каналами «утечки», устанавливают мембранный потенциал покоя клетки. Другие внутренние выпрямляющие каналы, называемые «сильными внутренними выпрямителями», переносят очень небольшой внешний ток вообще и в основном активны при напряжениях, отрицательных по отношению к потенциалу реверсии K + , где они переносят внутренний ток (гораздо большие токи ниже линии 0 нА на рисунке 1). [10]

Механизм внутреннего исправления

Феномен внутреннего выпрямления каналов K ir является результатом высокоаффинного блока эндогенными полиаминами , а именно спермином , а также ионами магния , которые закупоривают поры канала при положительных потенциалах, что приводит к уменьшению внешних токов. Этот зависящий от напряжения блок полиаминами приводит к эффективному проведению тока только во внутреннем направлении. Хотя основная идея полиаминного блока понятна, конкретные механизмы все еще остаются спорными. [11]

Активация через PIP2

Для активации всех каналов K ir необходим фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP 2 ). [12] PIP 2 связывается с K ir 2.2 и напрямую активирует его, обладая свойствами агониста. [13] В этом отношении каналы K ir являются ионными каналами, управляемыми лигандом PIP 2 .

Роль

Каналы K ir обнаружены во многих типах клеток, включая макрофаги , сердечные и почечные клетки, лейкоциты , нейроны и эндотелиальные клетки . Опосредуя небольшой деполяризующий ток K + при отрицательных мембранных потенциалах, они помогают установить мембранный потенциал покоя, а в случае группы K ir 3 они помогают опосредовать ингибирующие нейротрансмиттерные реакции, но их роли в клеточной физиологии различаются в зависимости от типа клеток:

РасположениеФункция
сердечные миоцитыКаналы K ir закрываются при деполяризации, замедляя реполяризацию мембраны и помогая поддерживать более длительный потенциал действия сердца . Этот тип канала внутреннего выпрямления отличается от каналов K + с задержкой выпрямления , которые помогают реполяризовать нервные и мышечные клетки после потенциалов действия ; и каналов утечки калия , которые обеспечивают большую часть основы для мембранного потенциала покоя .
эндотелиальные клеткиКаналы K ir участвуют в регуляции синтазы оксида азота .
почкиK ir экспортирует избыток калия в собирательные трубочки для выведения с мочой или, в качестве альтернативы, может участвовать в обратном поглощении калия организмом.
нейронах и в клетках сердцаАктивированные G-белком IRK (K ir 3) являются важными регуляторами, модулируемыми нейротрансмиттерами. Мутация в канале GIRK2 приводит к мутации мышей Weaver. Мутантные мыши «Weaver» атаксичны и демонстрируют нейровоспалительную дегенерацию своих дофаминергических нейронов. [14] По сравнению с неатаксичными контрольными животными, мутанты Weaver имеют дефицит координации движений и изменения в региональном метаболизме мозга. [15] Мыши Weaver изучались в лабораториях, занимающихся развитием нервной системы и болезнями, на протяжении более 30 лет.
бета-клетки поджелудочной железыКаналы K АТФ (состоящие из субъединиц K ir 6.2 и SUR1 ) контролируют высвобождение инсулина.

Регулирование

Зависимость от напряжения может регулироваться внешним K + , внутренним Mg 2+ , внутренним АТФ и/или G-белками . Домены P каналов IRK демонстрируют ограниченное сходство последовательностей с таковыми из семейства VIC. Внутренние выпрямители играют роль в установке клеточных мембранных потенциалов, и закрытие этих каналов при деполяризации допускает возникновение длительных потенциалов действия с фазой плато. Внутренние выпрямители не имеют внутренних спиралей, чувствительных к напряжению, обнаруженных во многих каналах семейства VIC. В некоторых случаях, например, у Kir1.1a, Kir6.1 и Kir6.2, было предложено прямое взаимодействие с членом суперсемейства ABC для придания уникальных функциональных и регуляторных свойств гетеромерному комплексу, включая чувствительность к АТФ. Эти АТФ-чувствительные каналы обнаружены во многих тканях организма. Они делают активность канала чувствительной к цитоплазматическому соотношению АТФ/АДФ (увеличение АТФ/АДФ закрывает канал). Человеческие рецепторы сульфонилмочевины SUR1 и SUR2 (spQ09428 и Q15527 соответственно) являются белками ABC, которые регулируют каналы Kir6.1 и Kir6.2 в ответ на АТФ, а CFTR (TC #3.A.1.208.4) может регулировать Kir1.1a. [16]

Структура

Определены кристаллическая структура [17] и функция [18] бактериальных членов семейства IRK-C. KirBac1.1 из Burkholderia pseudomallei состоит из 333 аминокислотных остатков (aas) с двумя N-концевыми TMS, фланкирующими P-петлю (остатки 1-150), а C-концевая половина белка гидрофильна. Он транспортирует одновалентные катионы с селективностью: K ≈ Rb ≈ Cs ≫ Li ≈ Na ≈ NMGM (протонированный N -метил- D -глюкамин ). Активность ингибируется Ba 2+ , Ca 2+ и низким pH. [18]

Классификация

Существует семь подсемейств каналов K ir , обозначаемых как K ir 1 – K ir 7. [1] Каждое подсемейство имеет несколько членов (например, K ir 2.1, K ir 2.2, K ir 2.3 и т. д.), которые имеют почти идентичные аминокислотные последовательности среди известных видов млекопитающих.

Каналы K ir образуются из гомотетрамерных мембранных белков. Каждая из четырех идентичных белковых субъединиц состоит из двух трансмембранных альфа-спиралей (M1 и M2). Гетеротетрамеры могут образовываться между членами одного и того же подсемейства (т. е. K ir 2.1 и K ir 2.3), когда каналы сверхэкспрессируются.

Разнообразие

ГенБелокПсевдонимыАссоциированные субъединицы
KCNJ1К ир 1.1РОМК1NHERF2
KCNJ2К ир 2.1ИРК1Кир 2.2 , Кир 4.1 , ПСД-95 , САП97 , АКАП79
KCNJ12К ир 2.2ИРК2K ir 2.1 и K ir 2.3 образуют гетеромерный канал, вспомогательная субъединица: SAP97, Veli-1 , Veli-3 , PSD-95
KCNJ4К ир 2.3ИРК3K ir 2.1 и K ir 2.3 образуют гетеромерный канал, PSD-95, Chapsyn-110 /PSD-93
KCNJ14К ир 2.4ИРК4K ir 2.1 для формирования гетеромерного канала
KCNJ3К ир 3.1GIRK1, КГАК ир 3.2, К ир 3.4, К ир 3.5, К ир 3.1 сам по себе не функционален
KCNJ6К ир 3.2GIRK2K ir 3.1, K ir 3.3, K ir 3.4 для формирования гетеромерного канала
KCNJ9К ир 3.3GIRK3K ir 3.1, K ir 3.2 для формирования гетеромерного канала
KCNJ5К ир 3.4GIRK4К ир 3.1, К ир 3.2, К ир 3.3
KCNJ10К ир 4.1К ир 1.2K ir 4.2, K ir 5.1 и K ir 2.1 для формирования гетеромерных каналов
KCNJ15К ир 4.2К ир 1.3
KCNJ16К ир 5.1БИР 9
KCNJ8К ир 6.1К АТФSUR2B
KCNJ11К ир 6.2К АТФSUR1 , SUR2A и SUR2B
KCNJ13К ир 7.1К ир 1.4

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Kubo Y, Adelman JP, Clapham DE, Jan LY, Karschin A, Kurachi Y, et al. (декабрь 2005 г.). «Международный союз фармакологии. LIV. Номенклатура и молекулярные связи внутренне выпрямляющих калиевых каналов». Pharmacological Reviews . 57 (4): 509– 26. doi :10.1124/pr.57.4.11. PMID  16382105. S2CID  11588492.
  2. ^ Хедрич Р., Моран О., Конти Ф., Буш Х., Беккер Д., Гамбале Ф. и др. (1995). «Внутренние выпрямительные калиевые каналы у растений отличаются от своих животных аналогов в ответ на модуляторы напряжения и каналов». European Biophysics Journal . 24 (2): 107–15 . doi :10.1007/BF00211406. PMID  8582318. S2CID  12718513.
  3. ^ ab "1.A.2 Inward Rectifier K Channel (IRK-C) Family". TCDB . Получено 2016-04-09 .
  4. ^ Hansen SB (май 2015 г.). «Агонизм липидов: парадигма PIP2 лиганд-управляемых ионных каналов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (5): 620– 8. doi :10.1016/j.bbalip.2015.01.011. PMC 4540326. PMID  25633344 . 
  5. ^ Авраам MR, Джахангир A, Алексеев AE, Терзич A (ноябрь 1999). «Каналопатии внутренне выпрямляющих калиевых каналов». FASEB Journal . 13 (14): 1901– 10. doi : 10.1096/fasebj.13.14.1901 . PMID  10544173. S2CID  22205168.
  6. ^ Нобл, Денис (декабрь 1965 г.). «Электрические свойства сердечной мышцы, обусловленные направленным внутрь (аномальным) выпрямлением». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 66 (S2): 127– 135. doi :10.1002/jcp.1030660520. ISSN  0095-9898.
  7. ^ Adrian RH, Chandler WK, Hodgkin AL (июль 1970). «Медленные изменения проницаемости калия в скелетных мышцах». The Journal of Physiology . 208 (3): 645–68 . doi :10.1113/jphysiol.1970.sp009140. PMC 1348790. PMID  5499788 . 
  8. ^ Бертил Хилле (2001). Ионные каналы возбудимых мембран 3-е изд. (Sinauer: Sunderland, MA), стр. 151. ISBN 0-87893-321-2 . 
  9. ↑ Хилле, стр. 155.
  10. ↑ Хилле, стр. 153.
  11. ^ Лопатин АН, Махина ЕН, Николс КГ (ноябрь 1995). «Механизм внутреннего выпрямления калиевых каналов: «закупорка длинных пор» цитоплазматическими полиаминами». Журнал общей физиологии . 106 (5): 923–55 . doi :10.1085/jgp.106.5.923. PMC 2229292. PMID  8648298 . 
  12. ^ Tucker SJ, Baukrowitz T (май 2008). «Как высокозаряженные анионные липиды связывают и регулируют ионные каналы». Журнал общей физиологии . 131 (5): 431– 8. doi :10.1085/jgp.200709936. PMC 2346576. PMID 18411329  . 
  13. ^ Hansen SB, Tao X, MacKinnon R (август 2011). "Структурная основа активации PIP2 классического внутреннего выпрямительного канала K+ Kir2.2". Nature . 477 (7365): 495– 8. Bibcode :2011Natur.477..495H. doi :10.1038/nature10370. PMC 3324908 . PMID  21874019. 
  14. ^ Peng J, Xie L, Stevenson FF, Melov S, Di Monte DA, Andersen JK (ноябрь 2006 г.). «Нигростриатальная дофаминергическая нейродегенерация у мышей-ткачей опосредуется нейровоспалением и облегчается введением миноциклина». The Journal of Neuroscience . 26 (45): 11644– 51. doi :10.1523/JNEUROSCI.3447-06.2006. PMC 6674792 . PMID  17093086. 
  15. ^ Strazielle C, Deiss V, Naudon L, Raisman-Vozari R, Lalonde R (октябрь 2006 г.). «Региональные мозговые вариации активности цитохромоксидазы и координации движений у мышей с мутацией Girk2(Wv) (Weaver)». Neuroscience . 142 (2): 437– 49. doi :10.1016/j.neuroscience.2006.06.011. PMID  16844307. S2CID  33064439.
  16. ^ Заявка WO 0190360, Wei MH, Chaturvedi K, Guegler K, Webster M, Ketchum KA, Di Francesco V, Beasley E, «Изолированные транспортные белки человека, молекулы нуклеиновых кислот, кодирующие транспортные белки человека, и их применение», опубликована 29 ноября 2001 г., передана Apperla Corporation 
  17. ^ Kuo A, Gulbis JM, Antcliff JF, Rahman T, Lowe ED, Zimmer J, et al. (Июнь 2003). «Кристаллическая структура калиевого канала KirBac1.1 в закрытом состоянии». Science . 300 (5627): 1922– 6. Bibcode :2003Sci...300.1922K. doi : 10.1126/science.1085028 . PMID  12738871. S2CID  2703162.
  18. ^ ab Enkvetchakul D, Bhattacharyya J, Jeliazkova I, Groesbeck DK, Cukras CA, Nichols CG (ноябрь 2004 г.). "Функциональная характеристика прокариотического канала Kir". Журнал биологической химии . 279 (45): 47076– 80. doi : 10.1074/jbc.C400417200 . PMC 8629170. PMID  15448150 . 
  19. ^ Райан DP, да Силва MR, Сунг TW, Фонтейн B, Дональдсон MR, Кунг AW и др. (январь 2010 г.). «Мутации в калиевом канале Kir2.6 вызывают восприимчивость к тиреотоксическому гипокалиемическому периодическому параличу». Cell . 140 (1): 88– 98. doi :10.1016/j.cell.2009.12.024. PMC 2885139 . PMID  20074522. 
  20. ^ Bockenhauer D, Feather S, Stanescu HC, Bandulik S, Zdebik AA, Reichold M и др. (май 2009 г.). «Эпилепсия, атаксия, нейросенсорная глухота, тубулопатия и мутации KCNJ10». The New England Journal of Medicine . 360 (19): 1960–70 . doi :10.1056/NEJMoa0810276. PMC 3398803. PMID 19420365  . 

Дальнейшее чтение

  • Хилле Б. (2001). Ионные каналы возбудимых мембран (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer. стр.  149–154 . ISBN 0-87893-321-2.
  • Внутренние+Выпрямительные+Каналы+в разделе « Медицинские предметные рубрики » Национальной медицинской библиотеки США (MeSH).
  • «Внутренне ректифицирующие калиевые каналы». База данных рецепторов и ионных каналов IUPHAR . Международный союз фундаментальной и клинической фармакологии.
  • UMich Ориентация белков в мембранах семейства/семейство-85 - Пространственное положение внутренних выпрямляющих калиевых каналов в мембранах.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Внутренний_выпрямитель_калиевого_канала&oldid=1215594642"