Вся сила – в ионных каналах

Структура канала SWELL. Иллюстрация Physorg

Зачастую дорогостоящие технологии ничем не лучше правильно подобранного лечения известными лекарствами в ходе оптимальной медикаментозной терапии. Разработка такой терапии требует тщательного слежения за сердцем, что чаще всего неосуществимо в обычных условиях.

Именно поэтому японские электронщики создали пластиковый монитор сердечной деятельности, тонкая пленка которого клеится на внешнюю поверхность указательного пальца. Преимуществом этого устройства является его автономность с точки зрения энергопотребления. Дело в том, что на одном из концов пятисантиметровой полоски смонтирован светочувствительный преобразователь световой энергии в электрическую (фотовольтаик). Сгенерированный им поток электронов питает энергией органический сенсор сердечной деятельности, передавая сигнал на смартфон.

Таким образом, врач находится на связи с пациентом в режиме реального времени, меняя при необходимости свой подход к медикаментозной терапии. Или давая сигнал скорой в случае осложнений и повышения риска развития того же инфаркта.

Проблема, однако, в том, что в некоторых случаях кардиолог не может подобрать лекарства в силу того, что неизвестен механизм развития сердечного заболевания. Известно, например, что сокращение сердечной мышцы – ее мышечных клеток, кардиомиоцитов – поддерживается поступлением в нее ионов кальция и калия. Первые необходимы для активации белковых каналов в мембране-оболочке нервных и мышечных клеток, в результате чего создается потенциал действия (Ра), регистрируемый с помощью электродов. Потенциал способствует – или является следствием – «устремления» калиевых ионов по открывшемуся каналу, что приводит к выделению из нервных окончаний нервно-мышечного соединения адреналина или ацетил-холина. При этом и происходит мышечное сокращение.

Этот механизм в норме работает при участии канала SWELL («набухать»), протеин которого представлен шестью цепями. Назван он так за его роль в поддержании клеточного объема и по своему механизму действия является анионным каналом, то есть проводящим отрицательно заряженные ионы хлора. Это необходимо для поддержания нормального объема цитоплазмы.

Известно, что в гипертоническом растворе с концентрацией больше 0,85% хлористого натрия клетки вынужденно «отдают» воду и «усыхают», а в гипотоническом воду насыщают и могут даже лопнуть. А при нарушениях в гене другого хлорного канала развивается кистозный фиброз, что ведет к скоплению слизи в воздухоносных путях и развитию в ней болезнетворных микроорганизмов.

Сотрудники Исследовательского института Скриппса в калифорнийском г. Ла-Джолла опубликовали в журнале eLife структуру канала SWELL высокого разрешения. По мнению исследователей, это поможет молекулярным фармакологам создать лекарства и для этого канала.

В том же издании исследователи Орегонского университета в г. Портленд представили 3D-структуру натриевого канала, локализующегося в стенках клеток, выстилающих монослоем сосуды изнутри. Канал участвует в контроле артериального давления, и мутации в гене, ответственном за образование канала, приводят к гипертензии, а у новорожденных – к солевому истощению.

Можно напомнить, что поверхностные протеины клеток обогащены галактозидами, то есть остатками молекул сахаров, препятствующих «слипанию» клеток. Связывающийся с ними галектин «включает» кальциевый канал в мышечных клетках артерий, способствуя в норме снижению артериального давления, например, после мышечных напряжений или эмоциональных всплесков.

Вся эта информация необходима для создания новых лекарственных средств, действующих адресно и, следовательно, в меньших дозах. Тем самым снижается нагрузка на печень и почки, селезенку и костный мозг. Так что кардиологам в ближайшие годы придется подбирать новые лекарственные схемы, способствующие излечению сердечно-сосудистых заболеваний и тем самым продлению жизни людей.