Computer-Modell zeigt Wirkung von erhöhtem Cholesterin auf bestimmten Ionenkanal im Herzen

Anonim

Mit Hilfe eines Computermodells haben Forscher der North Carolina State University und der University of Illinois in Chicago die Wirkung von erhöhten Cholesterinmengen auf einen bestimmten Ionenkanal nachgewiesen, der an der Regulierung des Kaliumspiegels im Herzen beteiligt ist. Die Arbeit wirft ein weiteres Licht auf die Wechselwirkungen zwischen Cholesterin und Herzfunktion und könnte Auswirkungen auf zukünftige kardiologische Therapien haben.

Ionenkanäle sind Proteine ​​innerhalb einer Zellmembran, die den Transport von Ionen zwischen der Umgebung einer Zelle und dem Inneren der Zelle steuern. Der elektrische Strom, der die Kontraktion des Herzmuskels ermöglicht, ist ein Produkt einer Reihe von Ionenübertragungen über die Zellmembran. Jede Herzzelle hat Ionenkanäle in der Membran, die ein bestimmtes geladenes Atom - wie Kalzium, Natrium oder Kalium - von der äußeren Umgebung in die Herzzelle transportieren.

Belinda Akpa, Assistenzprofessor für integrierte Synthetik- und Systembiologie sowie Elektro- und Computertechnik bei NC State und Mitautor einer Studie, die die Forschung beschreibt, untersuchte die Wirkung von Cholesterolmolekülen auf einen bestimmten Ionenkanal, der Kir2 genannt wird Übertragung von Kalium in Herzzellen.

"Cholesterin ist an und für sich keine schlechte Sache", sagt Akpa. "Es ist immer in der Zellmembran vorhanden. Wenn der Cholesterinspiegel sich ändert, bekommen wir Probleme. Da Cholesterin etwa 30 Prozent einer normalen Membran entspricht, wollten wir verstehen, warum ein relativ kleiner Anstieg von etwa 30 auf 40 geht Prozent - macht plötzlich alles schief. "

Akpa, Universität von Chicago in Illinois Ph.D. Der Student Nicolas Barbera und die korrespondierende Autorin Irena Levitan, Professorin für Medizin, Pharmakologie und Bioengineering an der Universität von Illinois in Chicago, nutzten die Computermodellierung, um zu zeigen, wie Cholesterinmoleküle mit dem Kir2-Ionenkanal interagieren. Sie fanden heraus, dass, während einzelne Cholesterinmoleküle nicht stark an den Kir2-Kanal binden, die Erhöhung des Cholesterinspiegels diese Wechselwirkungen zahlreicher machte und den Kanal im Wesentlichen überwältigte.

Proteine ​​und kleine Moleküle interagieren oft wie Schlösser und Schlüssel, wobei nur ein bestimmtes Molekül in eine bestimmte Region auf dem Protein passen kann. Diese Wechselwirkungen bewirken, dass das Protein seine Form ändert - im Fall von Kir2 stört Cholesterin, das in diese Regionen gleitet, die Versuche des Proteins, sich zu öffnen oder zu schließen, um Kaliumionen in eine Herzzelle zu lassen. In ihrem Modell identifizierten Akpa, Barbera und Levitan vier "Sperren" auf dem Kir2-Ionenkanal, die Cholesterinmoleküle zu besetzen versuchten.

"Cholesterin kann tatsächlich in einige dieser Locken gehören, aber wir sehen auch, dass es versucht, sich an Stellen zu bewegen, die wahrscheinlich unbesetzt sein sollten, was die Fähigkeit des Proteins beeinträchtigt, seine Form so zu verändern, dass es sich öffnet und normal schließen ", sagt Akpa. "Dies ist ein Problem, da Zellen Ionenkanäle benötigen, um eine ausgefeilte Choreographie von Ionen zu erstellen, die sich zu verschiedenen Zeiten ein- und ausbewegen. Im Wesentlichen ist es so, als würde man eine Symphonie aus Ionenaustausch und Einfügen einer falschen Note nehmen."

Zukünftige Arbeit für das Team wird sich speziell darauf konzentrieren, wie zusätzliches Cholesterin die Fähigkeit des Proteins verändert, sich zu öffnen und zu schließen.

Die Arbeit erscheint im Biophysical Journal .

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