БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 2, с. 264-266

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 577.321

РЯД КАТИОННОЙ СЕЛЕКТИВНОСТИ КАНАЛОВ,

ФОРМИРУЕМЫХ ПЕРОКСИРЕДОКСИНОМ-6

В БИМОЛЕКУЛЯРНЫХ ФОСФОЛИПИДНЫХ МЕМБРАНАХ

Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических

исследований РАН», 142290, Пущино Московской области, Институтская ул., 3

E-mail: greegorjev@mail.ru

Поступила в редакцию 30.11.2021 г.

После доработки 10.12.2021 г.

Принята к публикации 12.12.2021 г.

Пероксиредоксин-6 - фермент, защищающий клетку от действия пероксидов, а также, в зависимо-

сти от локализации в клетке, участвующий в метаболизме фосфолипидов клеточных мембран. Так-

же было показано, что пероксиредоксин-6 формирует катионные каналы в липидных бислойных

мембранах. В данной работе изучена сравнительная проницаемость этих каналов для одно- и двух-

валентных катионов. Полученный ряд проницаемостей имеет вид: РСа2+ : РК+ : РNa+ = 8.5 : 5.0 : 1.0.

Ключевые слова: пероксиредоксин-6, ионные каналы, катионная селективность.

DOI: 10.31857/S000630292202089

Был применен раствор фосфатидилхолина (Sig-

Пероксиредоксины защищают клетки от пе-

ma, США) в гептане (10 мг/мл).

роксидов и участвуют во внутри и внеклеточной

сигнализации. Особый интерес представляет пе-

Токи мембран измеряли в режиме фиксации

роксиредоксин-6 (Prx6), который восстанавлива-

напряжения электрометром, собранным на осно-

ет гидроперекиси и обладает фосфолипазной ак-

ве микросхемы К544УД1А.

тивностью [1].

Для оцифровки, записи и анализа сигнала с

При изучении взаимодействия Prx6 с бислой-

выхода электрометра использовали цифроанало-

говый преобразователь NI USB-6009 (National In-

ной фосфолипидной мембраной было показано,

struments, США) и программу Strathclyde Electro-

что этот фермент формирует в мембране катион-

селективные ионные каналы, и было предполо-

physiology Software WinEDR v. 3.2.3.

жено, что механизм клеточной активности Prx6

включает функцию формирования ионных кана-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

лов в липидном матриксе клеточных мембран

(рис. 1) [2]. Определенный интерес представляет

Характерное возрастание тока мембраны при

встраивании в нее Prx6-каналов в растворах КСl и

дальнейшее изучение свойств этих каналов. В

СаСl₂ показано на рис 1. Наблюдаемое неравен-

предлагаемой работе представлены результаты

исследования ряда катионной селективности

ство амплитуд последовательных токовых ступе-

Prx6-каналов.

нек объяснимо тем, что встраиваемые кластеры

каналов содержат разное количество одиночных

ионных каналов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Приведенные ниже уравнения Нернста для

Был использован рекомбинантный перокси-

мембранного потенциала одновалентных ионов

редоксин-6 человека, методика выделения кото-

(1) и двухвалентных ионов (2) показывают, что

рого детально описана в работе [2].

Prx6-каналы проницаемы только для катионов.

Действительно, потенциал нулевого тока, равный

Бимолекулярные липидные мембраны фор-

-25 мВ при трехкратной трансмембранной раз-

мировали на круглом, диаметром 0.3 мм, отвер-

нице концентраций КСl, соответствует идеаль-

стии в тефлоновом цилиндрическом стаканчике.

ной селективности каналов для катионов К⁺

Сокращениe: Prx6 - пероксиредоксин-6.

(рис. 2а), тогда как при двукратном градиенте

264

РЯД КАТИОННОЙ СЕЛЕКТИВНОСТИ КАНАЛОВ

265

Рис. 1. Нарастание тока мембраны с Prx6-каналами. Условия: (а) - 200 мМ КСl (по обе стороны мембраны), V = 30 мВ,

калибровки: 10 пA и 2 с; (б) - 10 мМ СaCl₂ (по обе стороны мембраны), V = 30 мВ, калибровки: 2 пA и 2 с.

СаСl₂ потенциал нулевого тока равен -8 мВ

V (мВ) = 60 log(K₀₊/Ki+),

(1)

(рис. 2б), т. е. каналы проницаемы только для

ионов кальция.

V (мВ) = 30 log(Ca₀₂₊/Cai2+).

(2)

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики Prx6-каналов: (а) - при трехкратном трансмембранном градиенте концентраций

KCl (300 : 100 мМ), потенциал нулевого тока равен -25 мВ; (б) - при двукратном градиенте концентрации СаСl₂

(20 : 10 мМ), потенциал нулевого тока равен -8 мВ; (в) - при 100 мM КСl + 300 мM NaCl с одной стороны мембраны и

100 мM KCl - с другой стороны мембраны, потенциал нулевого тока равен -12 мВ; (г) - при 50 мМ КС1 + 20 мМ

СаС1₂ с одной стороны мембраны и 50 мМ КС1 + 37 мМ СаС1₂ - с другой стороны мембраны, потенциал нулевого тока

равен -15 мВ.

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022

266

ГРИГОРЬЕВ

Для определения соотношения проницаемо-

при условии, что Р_Са2+ : Р_К+ = 1.7 и Р_К+ : Р_Na+ =

стей канала: РСа2+ : РNa+ и РС2+ : РК+ использова-

= 5.0, и нормировке на Р_Na+ = 1.0.

ли данные, представленные на рис. 2в и 2г, при-

Видно, что Prx6-канал является в основном

меняя уравнение Гольдмана (3) и формулу (4) из

кальциевым каналом. Это особенно интересно в

работы [3].

связи с появлением ряда работ, в которых пока-

зан синергизм действия кальция и пероксиредок-

V (мВ) = 60 log[(РK+[К₀] +

синов в клеточных реакциях. Так, например, по-

+ Р_Na+[Na₀])/(Р_K+[К_i] + Р_Na+[Na_i])],

(3)

казано, что кальций влияет на олигомеризацию

пероксиредоксинов [5] и что пероксиредоксины

V₀ = (P_K+V_K+ + P_Ca2+V_Ca2+) / (P_K+ + P_Ca2+),

(4)

взаимодействуют с активатором кальциевых ка-

налов - белком STIM1 плазматической мембра-

где P_K+ - калиевая проводимость канала, P_Ca2+ -

ны [6].

кальциевая проводимость канала, V₀ - потенциал

нулевого тока, V_K+

- калиевый потенциал,

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

V_Ca2+ - кальциевый потенциал.

Автор заявляет об отсутствии конфликта инте-

На рис. 2в показано, что потенциал нулевого

ресов.

тока при условиях, когда с одной стороны мем-

браны электролит содержит 100 мM КСl + 300 мM

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

NaCl, а с другой стороны мембраны - 100 мM

KCl, равен -12 мВ. Решение уравнения для этих

Настоящая работа не содержит описания ис-

параметров дает отношение Р_К+ : Р_Na+ = 5.0.

следований с использованием людей и животных

в качестве объектов.

Значение Р_Са2+ : Р_К+ = 1.7 было определено из

формулы (4) для условий, когда с одной стороны

мембраны электролит содержал 50 мМ КС1 и

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

20 мМ СаС1₂, а с другой стороны мембраны -

1. М. Г. Шарапов, В. И. Новоселов и В. К. Равин,

50 мМ КС1 и 37 мМ СаС1₂ (одинаковые концен-

Молекуляр. биология 43 (3), 505 (2009).

трации для КС1 и разные по СаС1₂). Параметры

2. П. А. Григорьев, М. Г. Шарапов и В. И. Новосе-

формулы для этих условий равны: V₀ = 15 мВ

лов, Биофизика 60 (4), 696 (2015).

(рис. 2г), V_Са2+ = 8 мВ и V_К+ = 0 (получены как ре-

3. C. A. Lewis, J. Physiol. 286, 417 (1979).

шения уравнений Нернста (1) и (2)).

4. M. A. B. Morais, P. O. Giuseppe, T. A. C. B. Souza,

В итоге суммарное соотношение проницаемо-

et al., J. Biol. Chem. 292 (17), 7023 (2017).

стей Prx6-канала для катионов кальция, калия и

5. K. Ch. Tam, E. Ali, J. Hua, et al., Cell Calcium, 74, 14

натрия имеет вид Р_Са2+ : Р_К+ : Р_Na+ = 8.5 : 5.0 : 1.0

(2018).

Cation Selectivity Sequence of Channels Formed by Peroxiredoxin 6 in Membranes

Composed of Phospholipid Bimolecular Leaflets

P.A. Grigoriev

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

Peroxiredoxin 6 is an enzyme that protects against cellular damage by peroxides and participates in phospho-

lipid metabolism in the cell’s membranes depending on its location. It has also been shown that peroxiredoxin

6 forms cation channels in the lipid bilayer membranes. In this study, we evaluated the relative selectivity of

these channels for monovalent and divalent cations. The resulted selectivity sequence is РСа2+ : РК+ : РNa+ =

8.5 : 5.0 : 1.0.

Keywords: peroxiredoxin 6, ion channels, cation selectivity

БИОФИЗИКА том 67

№ 2

2022