Введение к работе
Актуальность проблемы. Лиганд-акгивнруемые ионные каналы участвуют в передаче сигналов в быстрых химических синапсах. Их изучение представляет значительный интерес для нейрофизиологии. В последние два десятилетня в этой области достигнут огромный прогресс. Помимо аминокислотных последовательностей, известна трансмембранная топологах рецепторов, определены сегменты, формирующие поры ионных каналов, их вторичная структура н конкретные остатки, ответственные за такие особенности, как связывание каналоблокаторов, ионная селективность и проницаемость. Однако, многие детали строения ношшх каналов продолжают оставаться неясными. В частности неизвестно, какие факторы определяют физиологические и фармакологические различия между подтипами рецепторов. Сущность механизмов активации н десенситнзацнн такие неизвестна. Между разными экспериментальными данными существуют определенные противоречия.
В этой сшуации теоретический подход - молекулярное моделирование может сыграть вазеную роль. Современные экспериментальные методы предоставляют необходимую для успешного моделирования информацию. Экспериментальные и модельные подходы могут эффективно дополнять друг друга. Молекулярная модель дает визуализацию системы в атомном разрешении, что экспериментально возможно только при рентгеноструггурном анализе. Б тех случаях, когда технические проблемы делают рентгеноструктурный анализ затруднзтельньш (как в случае мембранных рецепторов), моделирование становится единственно возмохншл путем к анализу структуры в атомном разрешении.
Цель псслгдосапн0. Целью работы было создание непротиворечивых моделей ионных каналов никотинового холинорецептора и глутаматного рецептора, используя максимально широкий набор экспериментальных
данных.
ЕСопкрггпндг зздэтн исследования:
I. На основании шієющихся литературных данных о строении ионного санала никотинового холинорецептора построить молекулярную модель терьггого канала. Особое внимание уделялось анализу связывания яналоблокаторов, в том числе анализу экспериментальных данных, юлученных лабораториями биофизики н фармакологии ИЭФиБ.
. На основе разработанной модели открытого канала попытаться устранить ротиворечне между данными электронной микроскопии (Unwin, 1993, 995) и цистеннового картирования (Akabas et al., 1994; Akabas & Karlin, 995), а также разработать возможный механизм активации канала.
3. Используя опыт, накопленный при моделировании ионного канала никотинового холинорецептора, найти основные молекулярные детерминанты, определяющие строение так называемого N/Q/R сайта глутаматных рецепторов, в значительной мере определяющего физиологические и фармакологические свойства их каналов.
Научная новизна. В данной работе впервые предложена модель ионного канала никотинового холинорецептора, адекватно описывающая связывание блокирующих агентов разной структуры. Показано, что одним из условий связывания блокаторов является излом каналообразующнх М2 спиралей, что согласуется с данными электронной микроскоажи. Анализ модели открытого канала позволил предложить принципиально новый механизм активации канала, согласующийся с современными экспериментальными данными. На основании анализа стерическнх и химических свойств аминокислот, входящих в N/Q/R сайт глутаматных рецепторов, впервые выдвинута гипотеза о циклическом характере водородных связей, определяющих пространственное строение селективного фильтра данных ионных каналов.
Теоретическое в практическое значение работы. В данной работе на основании результатов модельных экспериментов предложен ряд новых гипотез о функциональной организации лиганд-активируемых ионных каналов, что способствует более глубокому пониманию функционирования и путей регуляции этих физиологически вахягых объектов. Такие положення работы, как участие Ml сегментов никотиновых холинорецепторов в передаче возбуждения от узнающего участка к эффекторному звену воротного механизма и циклический характер специфических взаимодействий, обеспечивающих стабильность поры ионных каналов, подлежат опытной проверке и, следовательно, предоставляют материал для разработки новых экспериментов." Поскольку разработанные модели способны описывать связывание капалоблокаторов различной структуры, на основании моделей может вестись направленный синтез новых активных и Езбирательных препаратов, которые, в свою очередь, могут использоваться в экспериментальных целях а также явится перспективными для клинической практики.
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлены в 6 печатных работах. Предварительные результаты моделирования ионного канала NMDA рецептора докладывались на первой конференции молодых физиологов и биохимиков России (Санкт-Петербург, 1995), и были отмечены специальной премией. Модель ионного канала никотинового холинорецептора была представлена на ХХХШ международном конгрессе
физиологических наук (Санкт-Петербург, 1997) и П Российско-Германской аколе для молодых ученых "Передача клеточного сигнала" (Пущино, 1997).
Структура и объем работы.