Ученые из Университета Калифорнии в Сан-Франциско впервые получили изображение ионного канала, ответственного за реакцию нервных окончаний на механические воздействия и некоторые химические раздражители, в частности, васаби. Статья опубликована в журнале Nature.
TRPA1 — ионный канал, расположенный на плазматической мембране клеток чувствительного нерва. Ионные каналы способны раскрываться под действием химических веществ и пропускать внутрь клетки соли из внешней среды. Это приводит к возникновению так называемого потенциала действия — изменения электрического потенциала мембраны, распространяющегося дальше от нейрона к нейрону и вызывающего нервный импульс. Интерес к TRPA-1 вызван тем, что он способен раскрывается под действием широкого спектра веществ раздражителей, а его активность связывают с воспалительными болями и чесоткой.
Исследователи использовали для изучения строения белка метод электронной крио-микроскопии. В этом методе раствор белка в воде очень быстро замораживается — достаточно быстро, чтобы не успели образоваться кристаллики льда, которые способны нарушить естественную геометрию молекулы. Получается тонкая пластинка, содержащая тысячи молекул TRPA-1 в различных конформациях, которая затем изучается под электронным микроскопом. В результате получается более 100 000 фотографий, которые путем компьютерной обработки склеиваются в трехмерные изображения. Ученым удалось зафиксировать каналы в открытом, полузакрытом и закрытом состояниях.
Строение ионного канала, вид сбоку и с обоих концов. На изображении отчетливо видны 4 составляющие его субъединицы, выстилающие канал, по которому ионы проходят внутрь клетки
Candice E. Paulsen et al./Nature, 2015
Поделиться
Набор 2D изображений белка, полученных методом электронной крио-микроскопии
Candice E. Paulsen et al./Nature, 2015
Поделиться
Обнаружилось, что TRPA-1 состоит из четырех одинаковых субъедниц, и обладает структурой очень похожей на другой ионный канал того же класса, TRPV-1, реагирующий на действующее вещество острого перца, капсаицин. Сам канал, по которому ионы проникают внутрь клетки, ограничивается в закрытом состоянии только в двух точках. Исследователи сделали предположение, что эта структура является общей для всех каналов этого семейства.
Разрешение полученного изображения оказалось равным 0,4 нанометра, что примерно равно трем длинам связей углерод-углерод. Это позволило детально определить строение канала и понять, где и каким образом могут связываться с ним молекулы лекарств, блокируя работу канала. Данные о структуре белка являются чрезвычайно важной информацией для разработчиков различных биоактивных препаратов, они позволяют проводить предварительную оценку активности путем компьютерного моделирования, что значительно сужает область поисков потенциальных лекарств.
