Токи через одиночные калиевые (К) — каналы.

НаукаСтатті

В последние годы в научной литературе много внимания уделяют результатам исследований ионных каналов, которые, как полагают ученые, являются ключом к созданию принципиально новых технологий терапии многих заболеваний.

О некоторых особенностях этих каналов и перспективах таких исследований рассказывает Анатолий Соловьев, д-р мед. наук, профессор, зав.

отделом экспериментальной терапии и руководитель Межведомственной лаборатории доклинического изучения лекарственных средств ГУ «Институт фармакологии и токсикологии НАМН Украины»

— Анатолий Иванович, каково предназначение ионных каналов в клетке?

Анатолий Соловьев

— Ионные каналы клеточной мембраны имеют огромное значение для жизни клеток. Они обеспечивают обмен клетки с окружающей средой веществом, энергией и информацией, с них начинаются и ими поддерживаются процессы возбуждения и торможения в нервной системе и мышцах, именно они (вместе с другими молекулярными рецепторами) обеспечивают восприятие клеткой внешних сигналов.

С помощью ионных каналов происходит передача в клетку управляющих сигналов из окружающей ее среды. Именно ионные каналы обеспечивают синаптическую передачу возбуждения от возбужденного нейрона на другие клетки. Обобщая, можно сказать, что почти все важнейшие физиологические процессы в организме начинаются с ионных каналов и поддерживаются ими.

Их смело можно назвать «каналами жизни».

— Что же лежит в основе работы таких каналов?

— Потенциал-управляемые натриевые каналы — ключевой элемент нервной системы животных и человека.

Когда нейрон находится в состоянии покоя, на его мембране (представляющей собой, при определенном упрощении, конденсатор) благодаря работе специальных систем — ионных насосов, поддерживается определенный электрический потенциал. В это время натриевые каналы закрыты.

Когда же происходит деполяризация мембраны, они реагируют на снижение мембранного потенциала и открываются (отсюда название «потенциал-управляемые»; бывают и другие каналы, например лиганд-управляемые, которые открываются или закрываются в ответ на присоединение определенной молекулы, например, ацетилхолина). Ионы Na+ текут внутрь клетки, перенося положительный заряд с внешней стороны на внутреннюю, в результатае чего потенциал покоя сменяется потенциалом действия.

Потенциал-управляемые натриевые каналы гомологичны, т.

е имеют общую принципиальную структуру, хотя и разную специализацию, ряду других каналов — прежде всего, потенциал-управляемым калиевым и кальциевым каналам.

Различаются они главным образом конструкцией «селективного фильтра» — узкого участка поры, где на основе тонких молекулярных взаимодействий происходит отбор ионов, для которых канал проницаем.

По результатам рентгеноструктурного анализа каналов бактерий первые детальные сведения об устройстве калиевых каналов были опубликованы лишь в 1998 г. Родериком Маккинноном (США), который стал лауреатом Нобелевской премии по химии всего через пять лет, в 2003 г., настолько очевидным было для научного сообщества значение этих результатов.

— С помощью каких методов изучают свойства таких непростых микрообъектов?

— Для исследования ионных каналов необходимы совершенно уникальные методики. Одним из первых создателей таких методик был мой учитель, академик Платон Григорьевич Костюк — ученик лауреата Нобелевской премии Дж.К. Экклса и крупнейший специалист в области нейрофизиологии.

Еще в 50-е годы прошлого столетия он опубликовал книгу «Микроэлектродная техника», которая была удостоена премии им. И.П. Павлова АН СССР, где были изложены основы подобных методик, разработанных в том числе и лично автором.

Ныне одним из наиболее информативных методов исследования ионных каналов является метод локальной фиксации потенциала, так называемый пэтч-клэмп метод, заключающийся в том, что фрагмент клеточной мембраны изолируют с помощью специальной микропипетки.

Эта методика позволяет контролировать разность потенциалов между сторонами мембраны, а также помещать ее в среду с определенным химическим составом. В этих хорошо контролируемых условиях измеряют ионные токи, проходящие через мембрану, и делают вывод о том, как ионные каналы реагируют на электрическое и химическое воздействие.

Метод настолько чувствителен, что позволяет наблюдать прохождение тока через одиночный ионный канал, поведение и химические превращения единичных молекул, взаимодействующих с мембраной. Немецкие исследователи Эрвин Неер и Берт Сакман, разработавшие эту методику, и, кстати, многому научившиеся в Институте физиологии им. А.А. Богомольца в Киеве, получили в 1991 г. Нобелевскую премию.

Cтруктура клеточной мембраны: видны трансмембранные белки, образующие каналы (синий, зеленый цвет), на поверхности – гликолипиды (красный цвет)

— Что может вызвать аномалии в работе ионных каналов и к чему это может привести?

— Болезни, вызванные нарушением функции субъединиц ионного канала или белков, регулирующих их деятельность, называют каналопатиями. Они могут быть врожденными (вследствие мутации генов, кодирующих канал) или приобретенными, как, например, в результате аутоиммунной атаки на канал или воздействия токсиканта.

В последние годы некоторые разновидности сердечных тахиаритмий были отнесены к генетическим нарушениям в каналах, которые управляют ионными потоками через мембраны клеток сердца.

Такие каналопатии — аномально функционирующие каналы вследствие врожденных мутаций — могут поразить любую электрически активную клетку и не ограничиваются только сердцем.

Так, некоторые виды мигрени, эпилепсии, периодического паралича и заболеваний мышечной ткани, по-видимому, обусловлены каналопатией.

— А такой фактор, как ионизирующая радиация, может прямо или косвенно влиять на работу ионных каналов?

— Сейчас мы уже твердо знаем, что одной из основных мишеней для действия ионизирующего излучения являются сосуды и прежде всего их внутренняя выстилка, эндотелий.

В результате воздействия ионизирующего излучения среди ликвидаторов Чернобыльской катастрофы широкое распространение получили заболевания сердечно-сосудистой системы, в частности, нарушения коронарного кровообращения и артериальная гипертензия. Кроме этого добавилось снижение чувствительности их сосудов к стандартным вазодилататорам, например, нитроглицерину.

Это побудило нас приступить к изучению клеточных механизмов действия радиации на эффекторные элементы сосудистой стенки, исследовать пусковые факторы артериальной гипертензии и сосудистых дисфункций, индуцированных ионизирующей радиацией.

— И какие же были получены результаты?

— Было установлено, что калиевые каналы плазматической мембраны гладкомышечных (ГМК) и эндотелиальных клеток (ЭК) сосудов, одним из основных подтипов которых являются так называемые Са2+-зависимые калиевые каналы большой проводимости (BKCa), играют определяющую роль в регуляции мембранного потенциала и, следовательно, уровня изометрического напряжения ГМК в условиях действия ионизирующей радиации, то есть именно они и выступают основной мишенью ее действия в сосудистой стенке. Облучение экспериментальных крыс в нефатальных дозах приводит к подавлению токов через ВКСа в ГМК и ЭК, снижению амплитуды эндотелийзависимого расслабления и увеличению реакции сосудов в ответ на действие агонистов α-адренорецепторов. Все эти факторы вместе взятые обусловливают значительное повышение артериального давления.

— Какие, на Ваш взгляд, перспективы в борьбе с таким явлением?

— Открытие явления РНК-интерференции ознаменовало появление перспектив в создании принципиально новых подходов к лечению ангиопатий различного генеза и артериальной гипертензии. Появился эффективный механизм для избирательного торможения экспрессии заданного гена на стадиях его трансляции или транскрипции.

Данная технология является одной из высокоспецифичных современных методов целевой генотерапии, суть которого состоит в угнетении экспрессии определенного гена на стадии трансляции или в нарушении его транскрипции (посттранскрипционный сайленсинг).

Проведенные нами эксперименты подтвердили возможность использования феномена РНК-интерференции для устранения сосудистых нарушений, вызванных воздействием радиации, при экспериментальном сахарном диабете и эссенциальной артериальной гипертензии путем воздействия на гены, кодирующие экспрессию или самих BKCa, или же генов, кодирующих экспрессию регуляторных ферментов, таких как протеинкиназа С.

— Существуют ли еще какие-либо методы воздействия на работу ионных каналов, позволяющие надеяться на их эффективное использование в будущем в медицинской практике?

— Мы также провели эксперименты по выяснению возможности использования стволовых клеток человека для лечения сосудистой патологии.

Взрослые мезенхимальные стволовые клетки человека были протестированы на экспериментальных крысах с артериальной гипертензией, индуцированной воздействием ионизирующего облучения, и на крысах с генетически детерминированной артериальной гипертензией.

Оказалось, что однократное введение таким животным стволовых клеток приводило к нормализации нарушенного эндотелийзависимого расслабления сосудов и восстановлению функции BKCa в ГМК.

Интересные исследования были проведены нами и по использованию явления плазменного резонанса на поверхности наночастиц золота для управления ионными каналами путем воздействия на их потенциал-чувствительный сенсор.

Этот метод пока еще является довольно экзотическим способом дистанционного контроля ионных каналов и находится в стадии экспериментальной разработки.

Тем не менее нам удалось получить убедительные данные, свидетельствующие, что плазменные наночастицы золота обладают способностью открывать калиевые каналы в плазматической мембране клеток, не образуя с ними каких-либо химических связей.

Это происходит посредством взаимодействия электронного облака на поверхности наночастиц с сенсором напряжения канала, причем этот эффект усиливается при облучении клетки лазером определенной длины волны за счет явления плазменного резонанса.

Таким образом, только фундаментальные исследования ионных каналов могут дать реальную надежду на прорыв в данной области, что позволит создать принципиально новые подходы к лечению пациентов не только с нарушениями коронарного кровообращения и артериальной гипертензией, но и с другими заболеваниями.

Подготовил Руслан Примак, канд. хим. наук

Фото на слайдере: фрагмент клеточной мембраны; видны выступающие над поверхностью мембраны гликолипиды (на переднем плане) и трансмембранные белки; компьютерная 3-D модель

“Фармацевт Практик” #02′ 2015

Блокаторы кальциевых каналов (антагонисты кальция) — как действуют и когда используются | Университетская клиника

Блокаторы кальциевых каналов – это препараты, обычно назначаемые врачами для лечения высокого кровяного давления и других состояний.

Каков механизм действия таких лекарств? При каких состояниях чаще всего назначают блокаторы кальциевых каналов? Какие побочные эффекты они могут вызвать? Какие противопоказания к их применению?

Механизм действия блокаторов кальциевых каналов

Блокаторы кальциевых каналов – это препараты, препятствующие поступлению кальция в клетки. Кальций – это элемент, который играет важную роль в сокращении мышечных клеток, в том числе стенок кровеносных сосудов и клеток сердечной мышцы (кардиомиоциты).

При расслаблении мышечных клеток в кровеносных сосудах, они расширяются, что снижает кровяное давление. В результате действия блокаторов кальциевых каналов на кардиомиоциты сердце работает медленнее и меньше сокращается, а из-за расширения коронарных артериол к нему поступает больше кислорода.

Показания к применению блокаторов кальциевых каналов

Антагонисты кальциевых каналов – это препараты, часто назначаемые гипертензиологами или кардиологами, поскольку они используются, среди прочего, в случае гипертонии, особенно у пожилых пациентов. 

Кроме того, они благотворно влияют на состояние сердца – их часто рекомендуют при симптомах ишемической болезни сердца, а также обладают антиаритмическим действием. Кроме того, они:

• подавляют агрегацию тромбоцитов, т.е. обладают антитромботическим действием;
• снижают накопление холестерина и триглицеридов в кровеносных сосудах. 

Блокаторы кальциевых каналов – это лекарства, отпускаемые по рецепту, которые выбирает врач в зависимости от состояния пациента и сопутствующих заболеваний.

Показания к применению блокаторов кальциевых каналов

Классификация блокаторов кальциевых каналов

Ингибиторы кальциевых каналов можно разделить на две группы в зависимости от их химической структуры и целевого участка действия:

• Производные дигидропиридина – к ним относятся нифедипин (например. Cordafen), амлодипин, фелодипин (например. плендил), лацидипин, лерканидипин, исрадипин, нитрендипин (например. Нитресан).
• Недигидропиридиновые производные. К ним относятся Верапамил, дилтиазем.

Первая группа оказывает более сильное воздействие на кровеносные сосуды (расширяет их), а вторая группа отвечает за благотворное влияние на сердце, а точнее на клетки сердечной мышцы и коронарные артериолы, поставляющие кислород в сердце. 

В результате действия недигидропиридиновых производных частота сердечных сокращений замедляется, а его сократимость снижается. Расслабляя коронарные артерии, в сердце поступает больше кислорода, что улучшает его питание. 

Побочные эффекты блокаторов кальциевых каналов

Основные побочные эффекты ингибиторов кальциевых каналов:

• брадикардия (замедление пульса);
• атриовентрикулярная блокада;
• головные боли;
• гипотония;
• запор;
• покраснение кожи вместе с ощущением жара и жжения;
• периферические отеки (например, стоп и голеней);
• реже аллергические симптомы, в т. ч. сыпь.

Если вы испытываете какие-либо из перечисленных побочных эффектов, очень важно проконсультироваться с врачом, который оценит событие и при необходимости предпримет соответствующие действия. Ведь безопасность лечения важнее всего.

Побочные эффекты блокаторов кальциевых каналов

Противопоказания к применению блокаторов кальциевых каналов

Блокаторы кальциевых каналов не следует применять у всех пациентов. э

В случае применения недигидропиридиновых производных противопоказаниями являются:

• выраженная симптоматическая брадикардия;
• синдром нарушения работы синоатриального узла;
• атриовентрикулярная блокада;
• синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта;
• недостаточность кровообращения;
• гипотония.

Пациенты, страдающие перечисленными ниже состояниями, не должны принимать производные дигидропиридина:

• недостаточность кровообращения;
• гипотония;
• расширенный стеноз аортального клапана;
• обструктивная гипертрофическая кардиомиопатия;
• нестабильная стенокардия;
• состояние после инфаркта миокарда.

Блокаторы кальциевых каналов и грейпфрутовый сок

Интересно, что во время приема блокаторов кальциевых каналов не рекомендуется употреблять грейпфрутовый сок. Это связано с тем, что вещества, содержащиеся в грейпфрутах и других цитрусовых, подавляют активность микросомальных ферментов в печени и стенках кишечника. В этом случае речь идет о цитохроме Р-450, отвечающем за метаболизм блокаторов кальциевых каналов. 

Подавление активности цитохрома Р-450 может угнетать метаболизм препарата и, как следствие, усиливать его действие. В результате можно ожидать чрезмерного падения давления. Чтобы гарантировать безопасность блокаторов кальциевых каналов, лекарства лучше всего запивать стаканом кипяченой воды комнатной температуры.

Калиевые каналы клеток проводящей системы сердца и рабочего миокарда: структурно-функциональные особенности, патофизиологическое и клиническое значение

НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс Минздрава России, 121552 Москва, ул. 3-я Черепковская, 15а

Важнейшую роль в процессах реполяризации сердца играют калиевые каналы, генерирующие различные токи.

Замедление реполяризации посредством блокирования калиевых каналов приводит к увеличению продолжительности рефрактерных периодов возбудимых тканей сердца и является основным механизмом действия антиаритмических препаратов III класса.

При этом излишнее неравномерное замедление реполяризации может способствовать электрической неоднородности тканей и развитию опасных для жизни аритмий (полиморфной желудочковой тахикардии типа torsade de pointes).

В обзоре представлены сведения о структуре, функции и свойствах калиевых каналов клеток проводящей системы сердца и сократительного миокарда. Освещены их физиологическая роль и участие в патологических процессах, в том числе при врожденных синдромах, связанных с возникновением опасных для жизни аритмий. Представлены дальнейшие перспективы развития данного направления.

Ритмичную работу сердца обеспечивает взаимосвязь последовательных процессов сокращения и расслабления, которые напрямую сопряжены с генерацией и распространением возбуждения и последующей рефрактерностью возбудимых тканей. Распространение потенциала действия (ПД) по проводящей системе и сократительному миокарду вызывает последовательное сокращение всех отделов сердца [1].

ПД имеет фазы — деполяризации и реполяризации.

В фазу деполяризации мембранный потенциал достигает максимального значения, а во время фаз реполяризации происходит его постепенный возврат к уровню потенциала покоя.

Именно в это время реализуется электромеханическое сопряжение, необходимое для сокращения миокарда, вот почему совокупная длительность фаз реполяризации должна быть достаточно продолжительной.

Важнейшую роль в процессах реполяризации и поддержании потенциала покоя на постоянном уровне играют токи ионов калия. Удлинение реполяризации увеличивает рефрактерность возбудимой ткани.

На этом основано антиаритмическое действие препаратов III класса (блокаторов калиевых каналов).

В то же время неравномерное замедление реполяризации может способствовать электрической неоднородности тканей и развитию опасных для жизни аритмий (полиморфной желудочковой тахикардии типа torsade de pointes — TdP) [2, 3].

В зависимости от способа активации и количества трансмембранных доменов, калиевые каналы подразделяют следующим образом:

• потенциалзависимые калиевые каналы (voltage gated — Kv);
• калиевые каналы аномального входящего выпрямления (inward rectifier Kir);
• механочувствительные двупоровые калиевые каналы (2 pore domain — K2P);
• активируемые кальцием калиевые каналы (calcium-activated — KCa; в данном обзоре не рассмотрены, поскольку функционально-активные KCa не представлены на поверхности кардиомиоцитов человека и не участвуют в процессах деполяризации и реполяризации) [4].

Потенциалзависимые калиевые каналы (Kv)

Kv — самое многочисленное семейство калиевых каналов. Все Kv состоят из четырех α-субъединиц. Тетрамеры могут быть образованы четырьмя одинаковыми α-субъединицами (гомотетрамеры) или состоять из четырех разных α-субъединиц (гетеротетрамеры).

На работу тетрамеров α-субъединиц существенное влияние могут оказывать вспомогательные β-, γи D-субъединицы, расположенные в цитоплазме клеток и изменяющие кинетику канала. Некоторые белки способны повышать экспрессию калиевых каналов на мембранах и изменять функции их α-субъединиц.

Точное определение канала, обеспечивающего тот или иной ионный ток в кардиомиоцитах, всегда крайне затруднено [5].

В зависимости от своих временны'х параметров и вольтажных характеристик Kv могут быть разделены на 2 большие группы.

1. Каналы, генерирующие кратковременный выходящий ток (transient outward — Ito), регистрируемый в самом начале реполяризации.
2. Каналы, генерирующие токи замедленного выпрямления (IK).

В зависимости от времени нарастания и продолжительности выделяют очень быстрые (ultra rapid — IKur), быстрые (rapid — IKr) и медленные (slow — IKs) токи замедленного выпрямления. Калиевые токи замедленного выпрямления присутствуют в течение всех фаз реполяризации, наибольший их вклад приходится на более поздние ее этапы [6].

Калиевые каналы, генерирующие кратковременный выходящий ток (Ito). Ito регистрируется в самом начале реполяризации (фаза 1 ПД) в течение непродолжительного времени.

Он оказывает существенное влияние на ток ионов кальция (ICa,L) и, соответственно, на электромеханическое сопряжение и сократимость миокарда, а также на калиевые токи замедленного выпрямления.

В результате сложных взаимодействий между ионными токами изменения Ito могут непредсказуемо влиять на продолжительность ПД и определять предрасположенность к возникновению аритмий [7].

При детальном исследовании биофизических характеристик тока Ito было отмечено, что он состоит из двух компонентов, различающихся по скорости восстановления соответствующих им ионных каналов, — быстрого (fast — Ito,f) и медленного (slow — Ito,s). Эти токи тканеспецифичны.

Ito,f в миокарде желудочков обнаруживают преимущественно в субэпикардиальных отделах, он соответствует фазе начальной быстрой реполяризации и определяет характерную форму кривой ПД (спайк и плато — spike and dome).

В правом желудочке ток Ito,f выражен сильнее, чем в левом [8].

Каналы, генерирующие ток Ito, являются гомотетрамерами. В сердце человека в образовании каналов Ito,s участвуют α-субъединицы Kv1.4, а каналы Ito,f формируют α-субъединицы Kv4.2 и Kv4.3 [9].

Экспрессию каналов Ito и их активность регулируют добавочные субъединицы, к которым относят β-субъединицы, KChIP (Kv channel interacting proteins — белок, взаимодействующий с потенциалзависимыми калиевыми каналами), фриквенин (frequenin), KChAP (Kv channel associated protein — белок, связанный с потенциалзависимыми калиевыми каналами), а также вспомогательные субъединицы MinK (Minimum K+) и MiRP (MinK related peptides — пептиды, подобные MinK) [10].

Миронов Н.Ю., Голицын С.П.

Калиевые каналы

Общие моменты о калиевых каналах. Калиевые (К+) каналы — суперсемейство интегральных мембранных белков, обеспечивающих селективный пассивный транспорт ионов К+ через клеточную мембрану. К-каналы встречаются у всех живых организмов — от бактерий до человека.

Вместе с Na- и Са-каналами, К-каналы образуют семейство белков, которые по своему количеству уступают лишь семейству рецепторов, сопряженных с G-белком, и семейству протеинкиназ, т. е. являются третьей по величине группой белков человека, участвующих в передаче сигналов. Около 13 % лекарственных препаратов, используемых в настоящее время, воздействуют на ионные каналы.

Ионные каналы занимают второе место в списке наиболее распространенных фармакологических мишеней после G-белок-сопряженных рецепторов.

Основные функции К-каналов состоят в поддержании мембранного потенциала (покоя), а также в формировании потенциала действия (ПД) в электровозбудимых клетках.

Они обеспечивают синаптическую передачу, клеточную миграцию, клеточную коммуникацию, процессы пролиферации, ангиогенеза, процессы апоптоза, иммунный ответ, а также участвуют в реализации гуморальной регуляции деятельности внутренних органов.

К-каналы являются самым крупным суперсемейством среди ионных каналов, поэтому они рассматриваются как одна из перспективных фармакологических мишеней.

Классификация К-каналов. Все калиевые каналы содержат альфа-субъединицу, которая кодируется разными генами и поэтому по своему строению имеет определенные особенности. Кроме альфа-субъединицы в составе канала могут быть регуляторные белки типа бета-субъединицы, либо кальмодулин, или сульфонилмочевин- ные рецепторы (sulfonyl urea receptor, SUR).

С позиций функции и строения альфа-субъединиц все К-каналы млекопитающих принято делить на классы. А. И. Кузьменков и со- авт.

(2015) сообщают, что по классификации Международного союза фундаментальной и клинической фармакологии (IUPHAR) выделяется 5 классов К-каналов.

Внутри каждого класса, имеющего свое буквенно-цифровое обозначение, есть изоформы, число которых зависит от класса канала.

1.

К-каналы входящего выпрямления (Kir; не менее 14 изоформ, 15 генов) представляют собой гомо- и гетеротетрамеры, каждая субъединица которых состоит из двух трансмембранных (Тм) сегментов с поровым участком (Р) между ними. Работа этих каналов модулируется нуклеотидами (АТФ, АДФ), фосфорилированием, G-белками и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом. У человека Kir- каналы кодируются 15 различными генами.

• 2. К-каналы, имеющие два поровых участка (К2Р); или каналы утечки, или двупоровые калиевые каналы (не менее 12 изоформ, 15 генов). Они построены из четырех трансмембранных сегментов, а при формировании канала альфа-субъединицы димеризуются. Эти каналы регулируются широким спектром факторов: pH, температурой, натяжением клеточной мембраны. У человека обнаружено 15 генов К2Р каналов.
• 3. Потенциал-зависимые, или потенциал-чувствительные, К-каналы (Kv). Они имеют не менее 30 изоформ, кодируются 40 генами). Их альфа-субъединицы состоят из шести трансмембранных (Тм) сегментов (S1 — S6). Они имеют один поровый участок (Р), который расположен между S5 и S6. Зрелый канал представляет собой тетрамер альфа-субъединиц. В состав канала входит потенциал-чув- ствительный домен, состоящий из четырех трансмембранных сегментов (S1 — S4). Сегмент S4 содержит регулярно расположенные положительно заряженные аминокислотные остатки и выполняет роль сенсора потенциала. Это самая обширная группа К-каналов. У человека обнаружено 40 генов этого канала.
• 4. Са2+-активируемые К-каналы малой (SKCa) и средней (IKca) проводимости (не менее 4 изоформ, 4 гена). Они построены из субъединиц, имеющих шесть трансмембранных (Тм) сегментов с поровым участком между S5 и S6, как и в случае Kv каналов. Однако, сегмент S4 в этом случае нечувствителен к изменению потенциала. Активация ионами Са2+ является кальмодулин-опосредо- ванной. У человека семейство этих каналов кодируются 4 генами. Первый когда-либо описанный Са2+-активированный калиевый канал — это так называемый Гардош-канал, который был открыт в 1950-х гг. в эритроцитах человека. Он получил символ «Канал 1К». «I» обозначает промежуточную проводимость, которая отличает IK- каналы от Са-активированных К-каналов малой (SK) или большой (ВК) проводимости. Ген IK человека — KCNN4.
• 5. Са2+-активируемые К-каналы большой проводимости (ВКСа; или Maxi-каналы; или SLO-1) не менее 4 изоформ, которые кодируются четырьмя slo-генами (Kcnmal), т. е. генами, которые кодируют белки, находящиеся в волосковых клетках кортиевого органа, участвующие в восприятии звуков. Содержат не 6, а 7 трансмембранных (Тм) сегментов. Особенность этих каналов состоит в том, что они могут быть активированы изменением потенциала и некоторыми ионами (в зависимости от изоформы канала активаторами могут выступать Са2+, Na+, СП).

Существуют и другие варианты классификации калиевых каналов.

В данном разделе, посвященном калиевым каналам, последовательность изложения материала изменена с методической точки зрения, т. е. для облегчения восприятия материала. Кроме того, каналы, указанные в классификации (IUPHAR) в разделах 4 и 5,

мы объединили в один раздел как Са-зависимые каналы (ВК-, IK- и SK-). Поэтому последовательность изложения сведений о калиевых каналах будет такой:

• 1) потенциал-чувствительные калиевые каналы (Kv);
• 2) калиевые каналы входящего выпрямления (Kir);
• 3) К-каналы, имеющие два поровых участка, или каналы утечки
• (Кар);
• 4) Са-регулируемые калиевые каналы, в том числе ВК-, IK- и SK- каналы.

Предваряя детальное рассмотрение сведений о каждом классе калиевых каналов, отметим ряд важных моментов.

• 1. У человека обнаружено 78—80 генов, кодирующих главные (альфа-) субъединицы калиевых каналов. Каналы SK, вероятно, кодируются тремя генами Kcnnl-З. Каналы IK кодируются генами Кспп4. ВК-каналы кодируются, скорее всего, генами Slo (Kcnmal).
• 2. Эволюционные аспекты. К-каналы появились приблизительно с момента зарождения жизни на земле, в пользу чего свидетельствует обнаружение более 200 каналоподобных белков у архей и бактерий, родственных К-каналам эукариот. В геноме инфузории Paramecium tetraurelia найдено 298 генов К-каналов, что в 3,8 раз больше, чем у человека.
• 3. По механизму действия все лиганды калиевых каналов делятся на поровые блокаторы и модуляторы. Поровые блокаторы «затыкают» пору канала, подобно пробке в бутылке, а модуляторы изменяют работу канала без непосредственного физического препятствования току ионов, за счет взаимодействия не с поровой частью канала, а другими его участками (например, с сенсорным доменом или со вспомогательной бета-субъединицей).

Первоначально было установлено, что ряд ионов блокирует калиевые каналы. Среди них ионы Sc2+, Ва2+, Cd2+, Pb2+, Со2+, Ni2+ и другие ионы, действующие в миллимолярных концентрациях. Позже стало ясно, что ионы блокируют неселективно.

Кроме того, было установлено, что блокаторами калиевых каналов являются небольшие органические молекулы, среди которых, прежде всего, те- траэтиламмоний (ТЭА) и 4-аминопиридин (4-АП), ингибирующие большинство К-каналов (в миллимолярных концентрациях) без воздействия на Na+- и Са2+-каналы. Для некоторых К-каналов, таких, как Kv3.1 или Kv4.1, не было найдено ни одного другого низкомолекулярного лиганда. В последующем были открыты и продолжают открываться другие органические молекулы, среди которых хини- дин, d-тубокурарин, верапамил, дилтиазем, местные анестетики и многие другие органические блокаторы.

Начиная с 1985 г., т. е. с момента открытия харибдотоксина (ChTX) — первого токсина из яда скорпиона, было установлено, что различные представители ядовитых животных содержат в своем яде токсины, которые являются пептидными блокаторами калиевых каналов, т. е. эти каналы являются для токсинов своеобразными рецепторами.

В настоящее время известно порядка 400 полипептидных токсинов — лигандов калиевых каналов, выделенных из ядовитых животных.

Среди них: дендротоксины из яда змей, 25 различных полипептидных токсинов из морских анемон, или актиний, выявлено большое число конотоксинов (конопептидов) — компонентов яда конусов (хищных морских моллюсков из семейства Conidae), основной мишенью которых являются Kv-каналы, а для отдельных конотоксинов — ВК^-каналы.

Из яда пчел получены два коротких пептида апамин и тертиапин, состоящие из 18 и 21 аминокислотного остатка; апамин блокирует преимущественно БК^-каналы, а тертиапин блокирует ВК^-каналы и Kir-каналы. Получены токсины пауков, которые в основном блокируют Kv-каналы, в частности хана- токсин (HaTxl) блокирует Kv2.

1, токсины HpTxl и PaTxl — блокируют Ку4-каналы, токсины от африканских тарантулов Stromatopelma calceata (ScTxl) и от Heteroscodra maculata (токсин HmTxl, HmTx2) блокируют Kv2 и Kv4. Но самое большое число (около 250) токсинов-блокаторов калиевых каналов найдено в яде скорпионов (КТх). Все они являются полипептидами, содержащими 20—75 аминокислотных остатков.

Из них наиболее известны такие, как ноксиусток- син, влияющий на калиевый ток в гигантском аксоне кальмара, ха- рибдотоксин, или ChTX, полученный из яда желтого израильского скорпиона (.

Leiurus quinquestriatus hebraeus), или скорпиона смерти (Deathstalker), ибериотоксин (IbTX), полученный из яда восточного индийского красного скорпиона (Buthus tamulus), маргатоксин, или MgTX, полученный из скорпиона Centruroides margaritatus, ка- лиотоксин, выделенный из яда скорпиона Androctonus mauretanicus mauretanicus, агитоксин-2, выделенный из яда скорпиона Leiurus quinquestriatus var. Hebraeus, BeKm-1-токсин из яда среднеазиатского скорпиона Buthus eupeus; OSK1 и 08К2-токсины из скорпиона Orthochirus scrobiculosus. Все они стали классическими «молекулярными инструментами» в области изучения К-каналов. Известные в настоящее время токсины скорпионов (КТх) действуют в основном на Kv и в меньшей степени на ВК^- и БК^-каналы. Среди токсинов скорпионов найдены молекулы, селективно воздействующие на отдельные изоформы Kv каналов (например, ВеКт-1 и OSK2) и BKqj (IbTX). В то же время блокаторов Kir-каналов и К2Р-каналов в яде скорпионов пока не удалось обнаружить.

Механизм, с помощью которого блокируются калиевые каналы под влиянием зоотоксинов, пока окончательно не ясен. В то же время признается, что важную роль в блокаде калиевых каналов играет остаток лизина в молекуле токсина.

Полипептидным блокаторам, т. е. зоотоксинам, принадлежит важная роль в изучении К-каналов, так как они использовались для

выделения каналов, а их радиоактивно-меченые и флуоресцентные аналоги используются для локализации К-каналов.

Например, с помощью флуоресцентных меток методом проточной цитометрии удалось установить наличие К-каналов в клетках крови, в частности в Т-лимфоцитах.

Ежегодно международная база данных последовательностей белков (UniProt) пополняется новыми полипептидными токсинами, активными в отношении калиевых каналов. Это свидетельствует о высоком интересе к этой научной области.

Помимо зоотоксинов как блокаторов калиевых каналов, для некоторых изоформ К-каналов были получены антитела, способные селективно блокировать ионный ток. Было также установлено, что альфа- и бета-дефензины, т. е.

катионные пептиды, состоящие из 18—45 аминокислотных остатков, клеток иммунной системы (нейтрофилов, моноцитов) также способны модулировать калиевые каналы бактерий, грибков и многих вирусов, что ведет к их гибели. Так, человеческий бета-дефензин-2 (hBD2) селективно блокирует Kvl.3-канал.

Это означает, что бета-дефензины человека являются новым классом канальных лигандов, которые могут существенно изменять функцию иммунных клеток.