ComBio: Как мутации в кальциевых каналах влияют на развитие мышечных заболеваний

Рианодиновый рецептор 1-го типа, RyR1, — это канал для высвобождения кальция в скелетных мышцах, необходимый для их сокращения. Он помогает кальцию выходить из саркоплазматического ретикулума — хранилища кальция в мышечных клетках.

Мутации в гене RyR1 могут вызывать два тяжёлых заболевания мышц: злокачественную гипертермию (ЗГ) и болезнь центрального ядра (БЦЯ). ЗГ — наследственное заболевание, при котором у пациентов с усиленной функцией вариантов RyR1 ингаляционные анестетики вызывают высокую температуру и мышечные контрактуры. БЦЯ — одна из наследственных миопатий, которая приводит к мышечной слабости и миопатии из-за потери функции вариантов RyR1. Эти примеры показывают, как важно для здоровья мышц оптимальное функционирование кальциевых каналов.

Учёные из Японии провели исследование, результаты которого опубликованы в журнале Communications Biology. Они сосредоточились на изучении большой цитоплазматической области RyR1, где обнаруживаются многие мутации, связанные с заболеваниями.

Ранее роль пятого трансмембранного сегмента (S5) в стробировании канала и патогенезе мышечных заболеваний была недостаточно изучена. Исследовательская группа под руководством доцентов Такаши Мураямы и Нагоми Куребаяши из Университета Дзюнтэндо, а также доцента Харуо Огавы и аспиранта Юя Отори из Университета Киото, изучила, как мутации в сегменте S5 RyR1 влияют на развитие МГ и ПЗС.

Доцент Такаши Мураяма пояснил, что сегмент S5 важен для формирования поры в канале RyR1. В ходе исследования учёные изучили роль сегмента S5 в регуляции канала RyR1 и обнаружили множество связанных с заболеваниями мутаций в S5.

Исследователи использовали клетки HEK293, которые были модифицированы для производства белков RyR1 с определёнными мутациями. Они измерили высвобождение кальция под воздействием кофеина, чтобы оценить влияние мутаций на этот процесс.

С помощью специальных индикаторов они также отслеживали уровни кальция в цитоплазме и эндоплазматическом ретикулуме (ER) в состоянии покоя. Для оценки активности и сродства к связыванию каналов RyR1 провели анализы связывания [3H]рианодина. А для оценки высвобождения кальция в RyR1-канале использовали специальную платформу.

Исследователи изучили мутации в областях S5 и S5-S6 RyR1. Они обнаружили три мутации, связанные с MH, и восемь, связанных с CCD.

У мутантов MH повышена чувствительность к кофеину, уровень цитоплазматического кальция в состоянии покоя выше нормы, а уровень кальция в ER ниже нормы. Активность канала подтвердили анализы связывания рианодина и DICR.

CCD-мутанты демонстрировали снижение чувствительности к кофеину и минимальное высвобождение кальция. Связывание рианодина было подавлено, а DICR снижен. Некоторые CCD-мутанты не проявляли активности канала, несмотря на подтверждённую экспрессию. Это говорит о серьёзном нарушении функции канала.

Исследователи изучили, как взаимодействуют между собой части белка RyR1. Они обнаружили несколько возможных взаимодействий между участками, изменения в которых могут вызывать заболевания, и другими частями белка, находящимися внутри клеточной мембраны.

Особенно важно то, что эти взаимодействия подтвердились экспериментами с изменёнными белками.

Доцент Харуо Огава подчеркнул результаты исследования:

Мы открыли новый механизм регуляции RyR1, в котором сегмент S5 играет двойную роль в стробировании канала, а также выяснили, как мутации, связанные с заболеваниями, изменяют канал.

Это исследование показывает, как мутации в S5 влияют на работу канала и помогают лучше понять передачу сигналов кальция в мышцах.

Доценты Мураяма и Огава объясняют: результаты исследования могут помочь создать новые лекарства для лечения заболеваний, связанных с мутациями RyR1.

Мы надеемся, что это приведёт к революции в лечении тяжёлых мышечных расстройств.

18.09.2024