Molecular modeling of the tetramerization domain of human potassium channel Kv10.2 in different oligomeric states

Abstract

Потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2 экспрессируется в нервной систе-ме, однако его функции и участие в развитии болезней человека остаются мало изучен-ными. Мутации канала Kv10.2 были обнаружены при эпилептической энцефалопатии и аутизме. Моделирование пространственной структуры канала является важным инстру-ментом для получения информации о молекулярных аспектах его функционирования и механизмах, ответственных за патогенез. В настоящей работе выполнено молекулярное моделирование спирального фрагмента C-концевого домена канала Kv10.2 человека (hEAG2) в димерной, тримерной и тетрамерной формах. Стабильность всех форм под-тверждена расчётами методом молекулярной динамики. Выявлены контакты и взаимо-действия, стабилизирующие структуру.Ключевые слова: потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2, олигомеризация, суперспираль, молекулярное моделирование, молекулярная динамика Потенциал-управляемые калиевые каналы конт-ролируют перенос ионов K + через клеточную мемб-рану и играют ключевую роль в возбудимых и не-возбудимых клетках. Канал Kv10.2 (кодируемый геном KCNH5) принадлежит семейству ether-a-go-go (EAG) и экспрессируется в нервной системе [1].Мутации каналов семейства EAG вызывают нарушение синаптической пластичности и памяти [2]. Нарушения функционирования канала Kv10.2 наблюдались при развитии эпилептической энцефа-лопатии и аутистических расстройствах [3], а также в процессе возникновения и развития опухолей [2]. Несмотря на предпринятые попытки исследования канала Kv10.2, его функционирование в нервной системе и вовлеченность в развитие заболеваний че-ловека остаются недостаточно изученными [3,4].Анализ гена KCNH5, клонированного незадолго до завершения проекта "Геном человека" [5,6], показал, что канал Kv10.2 обладает топологией, сходной с другими калиевыми потенциал-управ-ляемыми каналами (Kv): шесть трансмембранных спиралей в каждой из четырёх субъединиц. Струк-тура цитоплазматического домена потенциал-управ-ляемых каналов сильно варьирует между различными семействами [7]. C-концевой домен необходим для корректной сборки тетрамерного канала [8], при-чём межспиральные взаимодействия определяют не только стабильность, но и селективность муль-тимеризации [9]. Показано, что С-концевой до-мен канала Kv7.1, гомологичного семейству EAG, имеет две функциональные части, причём прокси-мальная половина ответственна за экспрессию, сво-рачивание и проницаемость канала, а дистальная -за направление сворачивания и специфичность связывания с партнерами [10].Информация о пространственной структуре мембранных белков, в т.ч. ионных каналов, а также их комплексов с различными лигандами является важным условием для понимания механизмов функ-ционирования этих белков. До недавнего времени структура калиевых каналов семейства EAG была неизвестна, хотя и был предпринят ряд попыток моделирования [3,[11][12][13]. Теперь же ситуация ко-ренным образом изменилась, поскольку была рас-шифрована структура большей части гомологич-ного канала Kv10.1 (EAG1) [14], которая может быть использована для моделирования взаимодействия кан...