Новости

Группа американских исследователей работает над изучением особенностей ионных каналов бактерий с созданием компьютерных моделей данных каналов. Модели ионных каналов открывают путь к созданию лекарств от эпилепсии.

Особенности работы потенциал-зависимых натриевых каналов бактерий является темой исследования группой ученых из научных центров США: Department of Physiology and Membrane Biology, University of California, Davis, Department of Pharmacology and The Howard Hughes Medical Institute and Department of Biochemistry, University of Washington, Seattle. В работе принимает участие российский ученый, выпускник Физического факультета МГУ им. Ломоносова Владимир Яров-Яровой.

Экспериментальные исследования подтверждают соответствие между свойствами естественных ионных каналов и предсказанными с помощью компьютерных моделей. Как считают ученые, опубликовавшие результаты исследования в журнале PNAS, данное исследование «закладывает основы понимания на молекулярном уровне многих заболеваний нервной, сердечно-сосудистой системы, мышц, а также открывает перспективы поиска новых эффективных лекарств».

Современная медицина находит связь между причинами многих заболеваний и дефектами ионных каналов. Данные дефекты на молекулярном уровне нарушают механизмы регулирования концентрации ионов в каждой клетке нашего организма.

Одной из причин нарушения работы ионных каналов является мутация гена, кодирующего информацию о правильном строении белка. Развивается так называемая каналопатия – группа патологических состояний и заболеваний. К числу каналопатий относят синдром хронической усталости, гипертоническую болезнь и эпилепсию.

При полном блокировании работы работы натриевых каналов развивается парализация, что например развивается при действии нейропаралитических ядов. Нарушения в работе калиевых каналов приводят к неадекватному ответу клетки на возбуждение, что наблюдается при эпилептических конвульсиях. 

Достигнутые успехи в понимании связи между нарушением работы ионных каналов и развитием определенной патологии у человека. Однако до настоящего времени остаются неизученными структурные особенности функционирования ионных каналов.

Группа ученых под руководством Владимира Яров-Ярового провела успешные работы над созданием высокоточной структурной модели для статического, промежуточного и активированного состояния потенциал-чувствительного сегмента натриевого ионного канала у бактерий. Данный сегмент канала является трансмембранным, то есть ключевым отделом канала и его роль заключается в функцинировании в качестве электрического сенсора потенциала мембраны. Подобная структура канала встречается и у человека, однако ионный канал бактерии удобен для моделирования, так как имеет упрощенную структуру для изучения механизмов потенциал-чувствительности.

Известно, что каналы данного строения функционируют в нейронах при перемещении нервного импульса. Трансмембранный сегмент S4 (домен) имеет 4-7 остатков аминокислоты аргинин, выполняющие роль пропускных зарядов в потенциал-чувствительном механизме.

В исследовании ученые применяли компьютерный метод Rosetta, созданный группой ученых под руководством Дэвида Бейкера (David Baker) из University of Washington с участием Владимира Яров-Ярового.

По мнению самих ученых, главная задача исследования – понять механизм, благодаря которому ионные каналы функционируют и регулируются на молекулярном уровне. Знания данного механизма станут основой для разработки новых эффективных лекарств для лечения пациентов с каналопатиями (нарушением функций ионных каналов). Новые лекарства смогут помочь при хронической боли и эпилепсии, победить которые традиционная медицина безуспешно пытается много лет.