Стоп-сигнал в калиевом канале

Клеткам необходимы отверстия в мембране для обмена с окружающей средой. Этими отверстиями служат закрываемые поры, через которые сигналы передаются в виде ионов. Доцент, доктор Индра Шрёдер из отдела мембранной биофизики TU Darmstadt, изучает калиевые каналы. Её интересует не столько биологический сигнал, сколько биофизический механизм закрытия.

Для анализа она использует простые калиевые каналы вирусов водорослей, которые сильно напоминают каналы высших организмов. Работа ведётся в безклеточной системе, где каналы встраиваются в искусственные поверхности. Это позволяет сконцентрироваться исключительно на механизме закрытия, работая с прототипом — модельным калиевым каналом.

Аминокислота серин в критической точке

Исследователи мутировали два канала с разной вероятностью открытия: один почти всегда закрыт, другой — почти всегда открыт. Оказалось, что канал с низкой вероятностью открытия содержит аминокислоту серин в критической точке. Этот серин взаимодействует с удалённой аминокислотой, заставляя пору канала изгибаться. Этот изгиб приводит к тому, что другая аминокислота складывается в транспортный путь и блокирует туннель.

В канале с высокой вероятностью открытия серин заменён на глицин. Глицин не вызывает изгиба поры, и туннель остаётся открытым. Таким образом, механизм закрытия этих двух вирусных калиевых каналов состоит всего из двух аминокислот: одна закрывает канал, другая управляет процессом. Это подтверждено молекулярно-динамическим моделированием.

Предполагается, что некоторые человеческие калиевые каналы имеют такой же "засов", поскольку содержат те же две критические аминокислоты. Это исследование также важно для синтетической биологии: базовый механизм закрытия калиевых каналов можно использовать при создании искусственных наносенсоров. Работа поддержана Европейским исследовательским советом (ERC) в рамках проекта noMagic по манипуляции живыми клетками с помощью искусственно созданных каналов.