Datamodell avslører effekten av økt kolesterol på spesifikke ionkanal i hjertet

Anonim

Ved hjelp av en datamodell har forskere fra North Carolina State University og University of Illinois i Chicago avdekket effekten av økte mengder kolesterol på en bestemt ionkanal som er involvert i regulering av kaliumnivåer i hjertet. Arbeidet legger videre lys på samspillet mellom kolesterol og hjertefunksjon og kan påvirke fremtidige hjerteterapier.

Ion-kanaler er proteiner som befinner seg i en cellemembran som styrer transport av ioner mellom en celles omgivende miljø og det indre av cellen. Den elektriske strømmen som gjør at hjertemuskelen kan trekke seg sammen, er et produkt av en rekke ionoverføringer over cellemembranen. Hver hjertecelle har ionkanaler i membranen som transporterer et spesifikt ladet atom, som for eksempel kalsium, natrium eller kalium, fra det ytre miljø til hjertecellen.

Belinda Akpa, assisterende professor i integrert syntetisk og systembiologi og elektro- og datateknikk ved NC-staten og samsvarende forfatter av et papir som beskriver forskningen, så på effekten av kolesterolmolekyler på en bestemt ionkanal, kalt Kir2, som regulerer Overføring av kalium til hjerteceller.

"Kolesterol er ikke i seg selv en dårlig ting, " sier Akpa. "Det er alltid tilstede i cellemembranen. Når nivåene av kolesterol endrer vi begynner å få problemer. Gitt at kolesterol er noe som 30 prosent av en normal membran, ønsket vi å forstå hvorfor en relativt liten økning fra ca 30 til 40 prosent - plutselig gjør ting gå galt. "

Akpa, University of Chicago, Illinois Ph.D. student Nicolas Barbera, og medforfatter Irena Levitan, professor i medisin, farmakologi og bioteknologi ved University of Illinois i Chicago, brukte datamodellering for å avsløre hvordan kolesterolmolekyler interagerer med Kir2 ion-kanalen. De fant at mens individuelle kolesterolmolekyler ikke binder sterkt til Kir2-kanalen, økte nivået av kolesterol disse samspillene flere tallrike, hovedsakelig overveldende kanalen.

Proteiner og små molekyler virker ofte som lås og nøkler, hvor bare et bestemt molekyl kan passe inn i en bestemt region på proteinet. Disse interaksjonene får proteinet til å forandre form - i tilfelle Kir2, påvirker kolesterolglasset i disse områdene proteinets forsøk på å åpne eller lukke for å tillate kaliumioner i en hjertecelle. I sin modell identifiserte Akpa, Barbera og Levitan fire "låser" på Kir2 ion-kanalen som kolesterolmolekylene forsøkte å okkudere.

"Kolesterol kan faktisk tilhøre noen av disse låsene, men vi ser også det forsøke å bevege seg inn i steder som sannsynligvis skal være ubebodd, noe som forstyrrer proteinets evne til å forandre sin form på en måte som gjør det mulig å åpne og lukk normalt, sier Akpa. "Dette er et problem fordi celler krever ionkanaler for å orkestrere en sofistikert koreografi av ioner som beveger seg inn og ut på forskjellige tidspunkter. I hovedsak er det som å ta en symfoni av ionbytter og sette inn en feil notat."

Fremtidig arbeid for teamet vil fokusere spesielt på hvordan ekstra kolesterol endrer proteinets evne til å åpne og lukke.

Arbeidet vises i Biophysical Journal .

menu
menu