STRUCTURAL MECHANISM OF IONIC CONDUCTIVITY OF THE TRPV1 CHANNEL

Yu. A. Trofimov; Трофимов Ю. А.; A. S. Minakov; Минаков А. С.; N. A. Krylov; Крылов Н. А.; R. G. Efremov; Ефремов Р. Г.

doi:10.31857/S2686738923700221

СТРУКТУРНЫЙ МЕХАНИЗМ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ КАНАЛА TRPV1

Авторы: Трофимов Ю.А.¹^,2, Минаков А.С.³, Крылов Н.А.¹^,4, Ефремов Р.Г.¹^,4^,5
Учреждения:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
2. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ”
3. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова”
4. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
5. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)”
Выпуск: Том 510, № 1 (2023)
Страницы: 247-251
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/2686-7389/article/view/135691
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686738923700221
EDN: https://elibrary.ru/QIDHBZ
ID: 135691

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Так называемый эффект “гидрофобного затвора” – один из возможных механизмов управления проводимостью воды и ионов через поры ионных каналов. Эффект затвора возникает в узких участках проводящей поры, выстланных неполярными остатками. В закрытом состоянии канала такие участки могут находиться в дегидратированном состоянии, блокируя перенос воды и ионов без полной окклюзии поры. В открытом же состоянии гидрофобный затвор достаточно широк, чтобы обеспечить устойчивую гидратацию и проводимость. В некоторых каналах перенос через открытый гидрофобный затвор может быть облегчен полярными остатками, помогающими полярным/заряженным частицам преодолевать энергетический барьер, создаваемый неполярной средой. В данной работе исследовано поведение ионов Na⁺ и их гидратных оболочек в открытой поре ионного канала TRPV1 с помощью моделирования молекулярной динамики. Показано, что полярные группы остатков аспарагина координируют молекулы воды таким образом, чтобы восстанавливать гидратную оболочку ионов в гидрофобном затворе поры, что обеспечивает транспорт ионов через затвор в полностью гидратированном состоянии.

Ключевые слова

TRPV1, ионные каналы, гидрофобный затвор, ионная проводимость

Об авторах

Ю. А. Трофимов

Автор, ответственный за переписку.
Email: YuTrofimov@gmail.com
Россия, Москва; Россия, Москва

А. С. Минаков

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Московский государственный университет
имени М.В. Ломоносова”

Email: YuTrofimov@gmail.com
Россия, Москва

Н. А. Крылов

Email: YuTrofimov@gmail.com
Россия, Москва; Россия, Москва

Р. Г. Ефремов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)”

Email: YuTrofimov@gmail.com
Россия, Москва; Россия, Москва; Россия, Долгопрудный, Московская область

Список литературы

Rao S., Lynch C.I., Klesse G., et al. Water and hydrophobic gates in ion channels and nanopores // Faraday Discuss. 2018. V. 209. P. 231.
Chugunov A.O., Volynsky P.E., Krylov N.A., et al. Temperature-sensitive gating of TRPV1 channel as probed by atomistic simulations of its trans- and juxtamembrane domains // Sci. Rep. 2016. V. 6. 33112.
Trofimov Y.A., Krylov N.A., Efremov R.G. Confined dynamics of water in transmembrane pore of TRPV1 ion channel // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. 4285.
Zhang K., Julius D., Cheng Y. Structural snapshots of TRPV1 reveal mechanism of polymodal functionality // Cell. 2021. V. 20 (184). P. 5138.
Benarroch E.E. TRP channels: Functions and involvement in neurologic disease // Neurology. 2008. V. 8 (70). P. 648.
Birder L.A., Nakamura Y., Kiss S., et al. Altered urinary bladder function in mice lacking the vanilloid receptor TRPV1 // Nat. Neurosci. 2002. V. 9 (5). P. 856.
Chuang H.H., Prescott E.D., Kong H., et al. Bradykinin and nerve growth factor release the capsaicin receptor from PtdIns(4,5)P2-mediated inhibition // Nature. 2001. V. 6840 (411). P. 957.
Lubova K.I., Chugunov A.O., Volynsky P.E., et al. Probing temperature and capsaicin-induced activation of TRPV1 channel via computationally guided point mutations in its pore and TRP domains // Int. J. Biological Macromol. 2020. V. 158. P. 1175.
Kasimova M., Yazici A., Yudin Y. et al. Ion channel sensing: are fluctuations the crux of the matter? // J. Phys. Chem. Lett. 2018. V. 9. P. 1260.
Susankova K., Ettrich R., Vyklicky L., et al. Contribution of the putative inner-pore region to the gating of the transient receptor potential vanilloid subtype 1 channel (TRPV1) // J. Neurosci. 2007. V. 28 (27). P. 7578.
Persson I. Hydrated metal ions in aqueous solution: How regular are their structures? // Pure Appl. Chem. 2010. V. 82 (10). P. 1901.
Rao S., Klesse G., Stansfeld P.J., et al. A heuristic derived from analysis of the ion channel structural proteome permits the rapid identification of hydrophobic gates // PNAS. 2019. V. 28 (116). P. 13989.
Beckstein O., Sansom M.S.P. A hydrophobic gate in an ion channel: The closed state of the nicotinic acetylcholine receptor // Physical Biology. 2006. V. 2 (3). P. 147.
Yonkunas M., Kurnikova M. The hydrophobic effect contributes to the closed state of a simplified ion channel through a conserved hydrophobic patch at the pore-helix crossing // Front. Pharmacol. 2015. V. 6. P. 284.
Hess B., Kutzner C., Spoel D.V.D. GROMACS 4: algorithms for highly efficient, load-balanced, and scalable molecular simulation // J. Chem. Theory and Computation. 2008. V. 3 (4). P. 435.
Lindorff-Larsen K., Piana S., Palmo K., et al. Improved side-chain torsion potentials for the Amber ff99SB protein force field // Proteins: Structure, Function and Bioinformatics. 2010. V. 8 (78). P. 1950.
Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J.D., et al. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water // J. Chem. Phys. 1983. V. 2 (79). P. 926.
Joung I.S., Cheatham T.E. Determination of alkali and halide monovalent ion parameters for use in explicitly solvated biomolecular simulations // J. Phys. Chem. B. 2008. V. 30 (112). P. 9020.