1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о жизни
  4. T. 510, № 1, 2023

Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 510, № 1, стр. 247-251

СТРУКТУРНЫЙ МЕХАНИЗМ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ КАНАЛА TRPV1

Ю. А. Трофимов 1, 2, *, А. С. Минаков 3, Н. А. Крылов 1, 4, Р. Г. Ефремов 1, 4, 5

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
Москва, Россия

2 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ”
Москва, Россия

3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова”
Москва, Россия

4 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
Москва, Россия

5 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)”
Долгопрудный, Московская область, Россия

* E-mail: YuTrofimov@gmail.com

Поступила в редакцию 18.11.2022
После доработки 14.12.2022
Принята к публикации 14.12.2022

Аннотация

Так называемый эффект “гидрофобного затвора” – один из возможных механизмов управления проводимостью воды и ионов через поры ионных каналов. Эффект затвора возникает в узких участках проводящей поры, выстланных неполярными остатками. В закрытом состоянии канала такие участки могут находиться в дегидратированном состоянии, блокируя перенос воды и ионов без полной окклюзии поры. В открытом же состоянии гидрофобный затвор достаточно широк, чтобы обеспечить устойчивую гидратацию и проводимость. В некоторых каналах перенос через открытый гидрофобный затвор может быть облегчен полярными остатками, помогающими полярным/заряженным частицам преодолевать энергетический барьер, создаваемый неполярной средой. В данной работе исследовано поведение ионов Na+ и их гидратных оболочек в открытой поре ионного канала TRPV1 с помощью моделирования молекулярной динамики. Показано, что полярные группы остатков аспарагина координируют молекулы воды таким образом, чтобы восстанавливать гидратную оболочку ионов в гидрофобном затворе поры, что обеспечивает транспорт ионов через затвор в полностью гидратированном состоянии.

Ключевые слова: TRPV1, ионные каналы, гидрофобный затвор, ионная проводимость

Список литературы

  1. Rao S., Lynch C.I., Klesse G., et al. Water and hydrophobic gates in ion channels and nanopores // Faraday Discuss. 2018. V. 209. P. 231.

  2. Chugunov A.O., Volynsky P.E., Krylov N.A., et al. Temperature-sensitive gating of TRPV1 channel as probed by atomistic simulations of its trans- and juxtamembrane domains // Sci. Rep. 2016. V. 6. 33112.

  3. Trofimov Y.A., Krylov N.A., Efremov R.G. Confined dynamics of water in transmembrane pore of TRPV1 ion channel // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. 4285.

  4. Zhang K., Julius D., Cheng Y. Structural snapshots of TRPV1 reveal mechanism of polymodal functionality // Cell. 2021. V. 20 (184). P. 5138.

  5. Benarroch E.E. TRP channels: Functions and involvement in neurologic disease // Neurology. 2008. V. 8 (70). P. 648.

  6. Birder L.A., Nakamura Y., Kiss S., et al. Altered urinary bladder function in mice lacking the vanilloid receptor TRPV1 // Nat. Neurosci. 2002. V. 9 (5). P. 856.

  7. Chuang H.H., Prescott E.D., Kong H., et al. Bradykinin and nerve growth factor release the capsaicin receptor from PtdIns(4,5)P2-mediated inhibition // Nature. 2001. V. 6840 (411). P. 957.

  8. Lubova K.I., Chugunov A.O., Volynsky P.E., et al. Probing temperature and capsaicin-induced activation of TRPV1 channel via computationally guided point mutations in its pore and TRP domains // Int. J. Biological Macromol. 2020. V. 158. P. 1175.

  9. Kasimova M., Yazici A., Yudin Y. et al. Ion channel sensing: are fluctuations the crux of the matter? // J. Phys. Chem. Lett. 2018. V. 9. P. 1260.

  10. Susankova K., Ettrich R., Vyklicky L., et al. Contribution of the putative inner-pore region to the gating of the transient receptor potential vanilloid subtype 1 channel (TRPV1) // J. Neurosci. 2007. V. 28 (27). P. 7578.

  11. Persson I. Hydrated metal ions in aqueous solution: How regular are their structures? // Pure Appl. Chem. 2010. V. 82 (10). P. 1901.

  12. Rao S., Klesse G., Stansfeld P.J., et al. A heuristic derived from analysis of the ion channel structural proteome permits the rapid identification of hydrophobic gates // PNAS. 2019. V. 28 (116). P. 13989.

  13. Beckstein O., Sansom M.S.P. A hydrophobic gate in an ion channel: The closed state of the nicotinic acetylcholine receptor // Physical Biology. 2006. V. 2 (3). P. 147.

  14. Yonkunas M., Kurnikova M. The hydrophobic effect contributes to the closed state of a simplified ion channel through a conserved hydrophobic patch at the pore-helix crossing // Front. Pharmacol. 2015. V. 6. P. 284.

  15. Hess B., Kutzner C., Spoel D.V.D. GROMACS 4: algorithms for highly efficient, load-balanced, and scalable molecular simulation // J. Chem. Theory and Computation. 2008. V. 3 (4). P. 435.

  16. Lindorff-Larsen K., Piana S., Palmo K., et al. Improved side-chain torsion potentials for the Amber ff99SB protein force field // Proteins: Structure, Function and Bioinformatics. 2010. V. 8 (78). P. 1950.

  17. Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J.D., et al. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water // J. Chem. Phys. 1983. V. 2 (79). P. 926.

  18. Joung I.S., Cheatham T.E. Determination of alkali and halide monovalent ion parameters for use in explicitly solvated biomolecular simulations // J. Phys. Chem. B. 2008. V. 30 (112). P. 9020.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о жизни

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал