Как воздействовать на определенный тип нервных клеток?

Будущее лекарственных препаратов для лечения пациентов с заболеваниями центральной нервной системы связано с разработкой химических соединений, ориентированных на конкретные клеточные процессы и не вызывающих побочные реакции в других областях головного мозга. Ученые из Университета Бристоля (University of Bristol) и Университета Льежа (University of Liège) (Бельгия) выяснили, как разработать лекарственные препараты, воздействующие на конкретные области головного мозга. Результаты исследования, полученные научной группой под руководством профессора Нейла Мэрриона (Neil Marrion) из Школы Физиологии и Фармакологии Университета Бристоля (Bristol's School of Physiology and Pharmacology), позволят разработать более эффективные лекарственные химические соединения, направленные на усиление активности нейронов в определенных нервах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Предметом исследования научной группы стали ионные каналы – порообразующие трансмембранные белки, осуществляющие перемещение ионов согласно их электрохимическому градиенту через мембрану, и поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны всех живых клеток. Через ионные каналы проходят ионы натрия, калия, хлора и кальция. Из-за открывания и закрывания ионных каналов меняется концентрация ионов по разные стороны мембраны и происходит сдвиг мембранного потенциала.

Одним из подтипов ионных каналов являются SK-каналы (Small conductance calcium-activated potassium channels). Они относятся к подсемейству калиевых каналов, активируемых ионами кальция, то есть осуществляют перемещение ионов калия через клеточную мембрану и активируются (открываются) в ответ на повышение концентрации ионов кальция в клетке. Обеспечивая двунаправленный поток ионов калия в нейронах, SK-каналы осуществляют контроль над активностью нервных клеток.

Ученые использовали природный токсин пчелиного яда под названием апамин, известный своей способностью ингибировать различные типов SK-каналов, и выяснили, что токсин в большей степени способен блокировать один из подтипов SK-каналов.

«Сложность разработки лекарственных препаратов, влияющих на определенные клеточные процессы, заключается в большом количестве типов клеток в организме, имеющих одинаковые ионные каналы. SK-каналы содержатся в клетках различных участков головного мозга, но теперь становится очевидно, что эти каналы могут состоять из субъединиц разного типа, и весьма вероятно, что в разных нервах SK-каналы состоят из разных субъединиц. Это может означать, что лекарственные препараты, способные блокировать функцию канала, состоящего только из одного типа субъединиц, окажутся неэффективными, а информация о том, что SK-каналы состоят из разных белковых субъединиц, может стать ключевым моментом при разработке новых лекарственных препаратов», - говорит один из участников исследования Нейл Меррион (Neil Marrion), профессор в области нейробиологии.

Результаты исследования позволили выявить механизм, позволяющий апамину и другим лигандам блокировать SK-каналы. Кроме того, ученые получили важные сведения об оптимальной конформации ионных каналов, необходимой для взаимодействия с лекарственным веществом. Эти данные позволят разработать лекарственные препараты, блокирующие SK-каналы, состоящие более чем из одной субъединицы, что повысит эффективность лечения симптомов деменции и депрессий.

По материалам University of Bristol

Оригинальная статья:
K. L. Weatherall, V. Seutin, J.-F. Liegeois, N. V. Marrion. Crucial role of a shared extracellular loop in apamin sensitivity and maintenance of pore shape of small-conductance calcium-activated potassium (SK) channels. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; 108 (45): 18494 DOI: 10.1073/pnas.1110724108