Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу
В данной работе мы провели сравнительный анализ селективностей канала дикого типа Cav3.1 со слабой чувствительностью к действию никеля с каналом-мутантом (Q172H), у которого глутамин (Q) был заменен гистидином в эквивалентной позиции к гистидину (H191) Cav3.2-канала, обуславливая увеличение чувствит...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Таврический медико-биологический вестник |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44696 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу / О.В. Носаль, О.П. Любанова, В.Г. Найдьонов, Я.М. Шуба // Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 3, ч. 1 (59). — С. 239-241. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-44696 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-446962014-09-02T12:26:05Z Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу Носаль, О.В. Любанова, О.П. Найдьонов, В.Г. Шуба, Я.М. Оригинальные статьи В данной работе мы провели сравнительный анализ селективностей канала дикого типа Cav3.1 со слабой чувствительностью к действию никеля с каналом-мутантом (Q172H), у которого глутамин (Q) был заменен гистидином в эквивалентной позиции к гистидину (H191) Cav3.2-канала, обуславливая увеличение чувствительности канала к никелю. Наши результаты указывают на то, что гистидин-191 (H191) во внеклеточной IS3-IS4 петле Т-каналов не только определяет их чувствительность к действию никеля, но также модулирует их селективность. In the present study we compared selectivity of the wild-type (w/t), weakly sensitive to the blockade by Ni2+ Cav3.1 T-channel isoform with Cav3.1-mutant, in which glutamine (Q) in the position equivalent to the H191 of Cav3.2 was substituted by histidine (Q172H mutant) making it more Ni2+ sensitive. Our results suggest that the presence of histidine-191 (H191) in the extracellular IS3-IS4 loop of T-channels not only determines the affinity of channel blockade by Ni2+, but also modifies its selectivity. 2012 Article Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу / О.В. Носаль, О.П. Любанова, В.Г. Найдьонов, Я.М. Шуба // Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 3, ч. 1 (59). — С. 239-241. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 2070-8092 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44696 577.352.5 uk Таврический медико-биологический вестник Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Оригинальные статьи Оригинальные статьи |
| spellingShingle |
Оригинальные статьи Оригинальные статьи Носаль, О.В. Любанова, О.П. Найдьонов, В.Г. Шуба, Я.М. Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу Таврический медико-биологический вестник |
| description |
В данной работе мы провели сравнительный анализ селективностей канала дикого типа Cav3.1 со слабой чувствительностью к действию никеля с каналом-мутантом (Q172H), у которого глутамин (Q) был заменен гистидином в эквивалентной позиции к гистидину (H191) Cav3.2-канала, обуславливая увеличение чувствительности канала к никелю. Наши результаты указывают на то, что гистидин-191 (H191) во внеклеточной IS3-IS4 петле Т-каналов не только определяет их чувствительность к действию никеля, но также модулирует их селективность. |
| format |
Article |
| author |
Носаль, О.В. Любанова, О.П. Найдьонов, В.Г. Шуба, Я.М. |
| author_facet |
Носаль, О.В. Любанова, О.П. Найдьонов, В.Г. Шуба, Я.М. |
| author_sort |
Носаль, О.В. |
| title |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу |
| title_short |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу |
| title_full |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу |
| title_fullStr |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу |
| title_full_unstemmed |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу |
| title_sort |
зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі is3-is4 контролює селективність кальцієвих каналів т-типу |
| publisher |
Кримський науковий центр НАН України і МОН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Оригинальные статьи |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44696 |
| citation_txt |
Зовнішньоклітинна нікель-зв’язуюча ділянка петлі IS3-IS4 контролює селективність кальцієвих каналів Т-типу / О.В. Носаль, О.П. Любанова, В.Г. Найдьонов, Я.М. Шуба // Таврический медико-биологический вестник. — 2012. — Т. 15, № 3, ч. 1 (59). — С. 239-241. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Таврический медико-биологический вестник |
| work_keys_str_mv |
AT nosalʹov zovníšnʹoklítinnaníkelʹzvâzuûčadílânkapetlíis3is4kontrolûêselektivnístʹkalʹcíêvihkanalívttipu AT lûbanovaop zovníšnʹoklítinnaníkelʹzvâzuûčadílânkapetlíis3is4kontrolûêselektivnístʹkalʹcíêvihkanalívttipu AT najdʹonovvg zovníšnʹoklítinnaníkelʹzvâzuûčadílânkapetlíis3is4kontrolûêselektivnístʹkalʹcíêvihkanalívttipu AT šubaâm zovníšnʹoklítinnaníkelʹzvâzuûčadílânkapetlíis3is4kontrolûêselektivnístʹkalʹcíêvihkanalívttipu |
| first_indexed |
2025-07-04T03:13:48Z |
| last_indexed |
2025-07-04T03:13:48Z |
| _version_ |
1836684493923024896 |
| fulltext |
239
О Р И Г И Н А Л Ь Н Ы Е С Т А Т Ь И
УДК 577.352.5
© Колектив авторів, 2012.
ЗОВНІШНЬОКЛІТИННА НІКЕЛЬ-ЗВ’ЯЗУЮЧА ДІЛЯНКА ПЕТЛІ
IS3-IS4 КОНТРОЛЮЄ СЕЛЕКТИВНІСТЬ КАЛЬЦІЄВИХ КАНАЛІВ
Т-ТИПУ
О.В. Носаль1,3, О.П. Любанова1,3, В.Г. Найдьонов2, Я.М. Шуба1,2,3
1 Міжнародний центр молекулярної фізіології НАН України, м. Київ; 2 Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця
НАН України, м. Київ; 3 Державна ключова лабораторія молекулярної і клітинної біології, м.Київ.
NI2+-BINDING DOMAIN OF EXTRACELLULAR IS3-IS4 LOOP OF T-TYPE CA-CHANNELS CONTROLS CHANNEL’S
SELECTIVITY
O.V. Nosal, O.P. Liubanova, V.G. Naidenov, Y.M. Shuba
SUMMARY
In the present study we compared selectivity of the wild-type (w/t), weakly sensitive to the blockade by
Ni2+ Cav3.1 T-channel isoform with Cav3.1-mutant, in which glutamine (Q) in the position equivalent to the H191
of Cav3.2 was substituted by histidine (Q172H mutant) making it more Ni2+ sensitive. Our results suggest that
the presence of histidine-191 (H191) in the extracellular IS3-IS4 loop of T-channels not only determines the
affinity of channel blockade by Ni2+, but also modifies its selectivity.
ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ НИКЕЛЬ-СВЯЗЫВАЮЩИЙ УЧАСТОК ПЕТЛИ IS3-IS4 КОНТРОЛИРУЕТ СЕЛЕКТИВНОСТЬ
КАЛЬЦИЕВЫХ КАНАЛОВ Т-ТИПА
Е.В. Носаль, О.П. Любанова, В.Г. Найденов, Я.М. Шуба
РЕЗЮМЕ
В данной работе мы провели сравнительный анализ селективностей канала дикого типа Cav3.1
со слабой чувствительностью к действию никеля с каналом-мутантом (Q172H), у которого глутамин
(Q) был заменен гистидином в эквивалентной позиции к гистидину (H191) Cav3.2-канала, обуславливая
увеличение чувствительности канала к никелю. Наши результаты указывают на то, что гистидин-191
(H191) во внеклеточной IS3-IS4 петле Т-каналов не только определяет их чувствительность к действию
никеля, но также модулирует их селективность.
Ключові слова: Т-тип кальцієвих каналів, ооцити Xenopus, селективність.
Мембрани усіх збудливих та багатьох незбудливих
клітин характеризуються наявністю
потенціалозалежних кальцієвих каналів (ПЗКК), що
утворюють цілу родину, яка поділяється на два великі
класи: високопорогові (ВПКК) і низькопорогові
кальцієві канали (НПКК), базуючись на різниці в їх
електрофізіологічних і фармакологічних властивостях.
Їх активація опосередковує вхід кальцію всередину
клітини, що в свою чергу запускає і регулює
різноманітні фізіологічні процеси [1]. ПЗКК є
високоселективними структурами: ефективно
пропускаючи одні іони, вони, в той же час, блокують
проходження інших. Вважається, що селективність
ПЗКК контролюється їх селективним фільтром -
найвужчою ділянкою відкритої пори, утвореною
амінокислотними залишками, що специфічно
взаємодіють з проникаючими іонами. В попередні
десятиліття було досягнуто значного прогресу у
з’ясуванні ключових елементів в структурі пори
ПЗКК, які здатні впливати на їх проникність і
селективність. Так, за допомогою введення
направлених точкових мутацій було показано, що у
ВПКК такими ключовими елементами є 4 залишки
глутамату (ЕЕЕЕ-локус) [9], а у НПКК – два залишки
глутамату і два аспартату (EEDD-локус), що
знаходяться в Р-ділянках І-IV доменів α1-субодиниці.
Подальші дослідження довели, що заміна аспартатів
на глутамати в Ca v3.1-каналі лише частково
відтворювала проникність, характерну для ВПКК [8],
що вказало на наявність в структурі кальцієвих каналів
інших елементів, окрім ЕЕЕЕ- чи EEDD-локусів, що
регулюють їх селективність і проникність.
Клонування трьох основних пороформуючих α1-
субодиниць НПКК, дозволило ідентифікувати три
підтипи вказаних каналів: Cav3.1, Cav3.2, Cav3.3. Згодом,
в структурі найбільш чутливого до дії іонів нікелю
представника НПКК – Ca v3.2-каналу було
ідентифіковане позаклітинне місце зв’язування для
цього катіона, що сформоване амінокислотами ІS3-
IS4 ділянки з визначальним молекулярним елементом
– гістидином, що знаходиться в 191 позиції (Н191) [3].
На сьогодні питання про роль цього місця зв’язування
в контролі селективності НПКК залишається
відкритим.
Тому метою нашого дослідження стало
проведення порівняльного аналізу селективностей
Cav3.1- каналу дикого типу з його каналом-мутантом
Q172H, у якого глутамін (Q) в еквівалентній позиції до
Н191 Cav3.2-канала був замінений гістидином.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Досліди проводили на оoцитах Xenopus laevis,
що експресували Cav3.1- канал дикого типу та його
мутант – Q172H-канал, струми через які реєстрували
240
ТАВРИЧЕСКИЙ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК2012, том 15, № 3, ч. 1 (59)
за допомогою стандартної методики двохелектродної
фіксації потенціалу на четвертий – сьомий день після
ін’єкції мРНК, що відповідає за синтез цих каналів, з
використанням підсилювача TEV-200A (“Dagan
Corp.”, США), аналогово-цифрового перетворювача
Digidata 1200A (“Axon Instruments”, США)
персонального комп’ютера та програмного
забезпечення Clampex 8.0 (“Axon Instruments”, США).
Потенціальний електрод мав опір 1-2 МОм, а
струмовий – 0.5-1 МОм. Обидва мікроелектроди
заповнювали розчином KCl (3.0 M). Для пригнічення
ендогенної кальційзалежної хлорної провідності, за
1-4 год. до початку експерименту в ооцит вводили 50
нл буферного розчину BAPTA (20 мМ; рН 7.4
встановлювався за допомогою КОН). Струми через
експресовані кальцієві канали вимірювали в розчині,
що містив в якості переносника заряду Ca2+, Sr2+ чи
Ba2+ , склад розчину був таким (ммоль/л): СaCl2 (або
ВаСl2 або SrCl2) – 10.0, TEA-Cl – 107.5, HEPES – 5.0 (pH
7.4 встановлювався за допомогою ТЕА-ОН). Всі
реактиви, які використовували для приготування
розчинів були від фірми “Sigma”, (США).
Відносні провідності (Gx/GCa) розраховували як
відношення максимальних пікових значень амплітуд
вхідних струмів, що переносяться тими або іншими
іонами (Х), до максимального пікового значення, що
спостерігається при використанні Са2+ в якості
переносника заряду (Gx/GCa= Ix(макс)/ІСа(макс)). Відносні
проникності (Px/PCa) розраховувались за допомогою
модифікованого рівняння Гольдмана – Ходжкіна –
Каца [2]:
RT
ΔEZFexp
X
Ca
P
P
Ca
X
де CaX EEΔE , - різниця потенціалів
нульового струму для тестованого двовалентного
катіона Х і Са2+ відповідно, [Ca] і [X]- концентрації
цих іонів, Z- валентність катіонів,які тестуються, R-
газова стала, Т- абсолютна температура і F- константа
Фарадея ( при кімнатній температурі 25 єС RT/F
дорівнювала 25.7).
Обробку та аналіз результатів проводили за
допомогою програмного забезпечення Clampfit 9.0
(“Axon Instruments”, США) та OriginPro 8 (“OriginLab
Corp.”, США). Для визначення статистичної
достовірності результатів використовували t-тест
Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТИ І ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Ін‘єкція в ооцити Хenopus мРНК, що кодує Саv3.1-
або Q172H-канал, призводила до експресії цих каналів
з властивими для них характеристиками, зокрема, як
було описано [3], струми через Q172H-канали були
набагато чутливішими до дії іонів нікелю, ніж струми
через Саv3.1-канали.
На рис.1, А-Б наведені записи інтегральних
струмів через кожен з каналів при використанні в
якості переносників заряду різних двовалентних
катіонів. Видно, що амплітуди кальцієвого,
стронцієвого та барієвого струмів різняться для
Саv3.1-каналу: ІSr e”ІCa>ІBa, що узгоджується з
результатами [4], для цього каналу (ІCa>ІBa), водночас
для Q172H-каналу вони виявились практично
однаковими: ІSr»ІCa»ІBa.
Співвідношення відносних змін амплітуд
інтегральних струмів (нормованих відносно
максимального значення амплітуди кальцієвого
струму) через Саv3.1-канали були такими: ІSr:ІCa:ІBa =
1.03:1:0.7, в той час як аналогічні послідовності для
Q172H-каналу мали наступний вигляд: ІSr:ІCa:ІBa =
0.98:1.0:1.03 ( рис.2), тобто заміна глутаміну в Cav3.1-
каналі дикого типу на гістидин в еквівалентній позиції
до Н191 Cav3.2-каналу призводила до появи однакової
провідності отриманої “химери” для Ca2+, Sr2+ та Ba2+,
що відрізняється від описаних раніше провідностей,
характерних як для Cav3.1- так і Cav3.2-каналу[6].
Співвідношення відносних проникностей для
різних двовалентних катіонів для Саv3.1-каналу мали
вигляд: PCa>PBa>PSr = 1:0.96:0.9; а для Q172H-каналу:
PSr>PBa>PCa = 1.11:1.06:1 (рис.2). Виходячи з того, що
відносні проникності характеризують висоту
енергетичних бар‘єрів, що складають енергетичні
профілі канала для двох тестових катіонів [5], такі
результати можуть вказувати на приблизно однакову
їх висоту у обох досліджуваних каналів.
Окрім того, зважаючи на той факт, що Саv3.1- та
Q172H-канали демонструють майже однакові відносні
проникності, різницю у величинах макроскопічних
Ca2+, Sr2+ та Ba2+-струмах в каналах дикого типу можна
пояснити відмінностями у впливі проникаючого іона
на ймовірність відкриття (Р0) даних каналів, тобто
воротні процеси [7]. Слід також зазначити, що у
Саv3.1-каналів найбільший вплив спостерігається при
використанні Sr2+, далі Ca2+ і Ba2+. Водночас, найбільш
імовірно, що у Q172H-каналу відбувається уніфікація
цього впливу для різних катіонів, обумовлена появою
нового елементу в структурі каналу.
ВИСНОВКИ
Підсумовуючи вищевикладене, слід зазначити ,
що наявність гістидину-191 (Н-191) в
зовнішньоклітинній ІS3-IS4 ділянці Т-каналів не тільки
визначає ступінь блоку каналу нікелем, але також
модулює їх селективність.
ЛІТЕРАТУРА
1. Catterall W. A. Voltage-gated calcium channels/
W. A. Catterall // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. –
2011.– Vol. 3(8) .– P. a003947
2. Hille B. “Selective permeability: independence”
in Ion channels of excitable membranes/ B. Hille,
Sunderland: Sinn. Ass. Inc., 1992.– 607 P.
3. Kang H. W. A molecular determinant of nickel
inhibition in Cav3.2 T-type calcium channels / H. W.
241
О Р И Г И Н А Л Ь Н Ы Е С Т А Т Ь И
Рис. 1. Оригінальні записи струмів через Саv3.1-( А) та Q172H-канали (Б), викликаних прикладанням
деполяризаційних імпульсів (форма протоколу показана вгорі), при використанні 10 мМ Са2+ , 10мМ
Sr2+ , і 10 мМ Ва2+ в якості переносників заряду.
Kang, J. Y.Park, S. W. Jeong, J. A Kim., H. J.Moon, E.
Perez-Reyes, J. H. Lee // J. Biol. Chem.– 2006.– Vol. 281.–
P. 4823-4830.
4. McRory J. E. Molecular and functional
characterization of a family of rat brain T-type calcium
channels// J. E. McRory, C. M. Santi, K. S. Hamming, J.
Mezeyova, K. G. Sutton, D. L. Baillie, A. Stea, T. P. Snutch
// J. Biol. Chem.– 2001.– Vol. 276.– P. 3999-4011.
5. Sather W.A., McCleskey E.W. Permeation and
selectivity in calcium channels / W.A. Sather, E.W.
McCleskey // Annu. Rev. Physiol.–2003.–Vol. 65.–P. 133-
59.
6. Shcheglovitov A. Selectivity signatures of three
isoforms of recombinant T-type Ca2+ channels / A.
Shcheglovitov, P. Kostyuk, Y. Shuba // Biochim. Biophys.
Acta.– 2007 .– Vol.176.– P.1406-19.
Рис. 2. Відносні провідності та проникності Саv3.1- та Q172H-каналу ( n=5-10). Дані представлені як
середнє ± похибка середнього,**р<0.01.
7. Shuba Y.M. The effect of permeant ions on single
calcium channel activation in mouse neuroblastoma
cells: ion-channel interaction/ Y. M. Shuba, V. I. Teslenko,
A. N. Savchenko, N. H. Pogorelaya // J. Physiol. ( Lond.)
– 1991.– Vol. 443.– P. 25-44.
8. Talavera K. Aspartate residues of the Glu-Glu-
Asp-Asp (EEDD) pore locus control selectivity and
permeation of the T-type Ca2+channel б1G / K. Talavera,
M. Staes, A. Janssens, N. Klugbauer, G. Droogmans, F.
Hoffmann, B. Nilius // J. Biol. Chem.– 2001.– Vol. 276.–
No49.– P. 45628-45635.
9. Yang J. Molecular determinants of Ca 2+
selectivity and ion permeation in L-type Ca2+channels/
J. Yang, P.T. Ellinor, W. A. Sather, J. F. Zhang, R.W. Tsien
// Nature.– 1993.– V. 366.– P.158-161.
|