Введение

Класс транспортных белков

Хлоридные каналы – это суперсемейство недостаточно изученных ионных каналов, специфичных для хлоридов. Эти каналы могут проводить различные ионы, но получили своё название из-за того, что концентрация хлоридов in vivo значительно выше, чем у других анионов. У человека описано несколько семейств каналов, активируемых напряжением и лигандом (например, семейства CaCC). Хлоридные каналы, активируемые напряжением, выполняют множество важных физиологических и клеточных функций, таких как контроль pH, поддержание объёмного гомеостаза, транспорт органических растворимых веществ, регуляция миграции, пролиферации и дифференцировки клеток. На основании гомологии последовательностей хлоридные каналы можно подразделить на ряд групп.

Общие функции

Хлоридные каналы, активируемые напряжением, важны для установления потенциала мембраны покоя клеток и поддержания правильного объема клеток. Эти каналы проводят Cl− или другие анионы, такие как HCO3−, I−, SCN− и NO3−. Структура этих каналов отличается от структуры других известных каналов. Субъединицы хлоридных каналов содержат от 1 до 12 трансмембранных сегментов. Некоторые хлоридные каналы активируются только напряжением (то есть, чувствительны к напряжению), в то время как другие активируются Ca2+, другими внеклеточными лигандами или pH.

Семейство CLC

Семейство хлоридных каналов CLC содержит 10 или 12 трансмембранных спиралей. Каждый белок формирует один канал (пору). Показано, что некоторые члены этого семейства образуют гомодимеры. Что касается первичной структуры, они не имеют родства с известными катионными каналами или другими типами анионных каналов. У животных обнаружены три подсемейства CLC. CLCN1 участвует в установлении и восстановлении потенциала покоя скелетных мышц, а другие каналы играют важную роль в механизмах концентрации растворенных веществ в почках. Эти белки содержат два CBS-домена. Хлоридные каналы также важны для поддержания безопасной концентрации ионов в растительных клетках.

Структура и механизм

Структура CLC-канала пока не установлена, однако структура CLC-обменников была определена с помощью рентгеновской кристаллографии. Поскольку первичная структура каналов и обменников очень сходна, большинство предположений о структуре каналов основаны на структуре, установленной для бактериальных обменников. Каждый канал или обменник состоит из двух схожих субъединиц – димера, каждая из которых содержит одну пору. Белки формируются из двух копий одного и того же белка – гомодимера, хотя ученые искусственно объединяли субъединицы из разных каналов для образования гетеродимеров. Каждая субъединица связывает ионы независимо от другой, что означает, что проводимость или обмен происходят независимо в каждой субъединице. Каждый отрицательный заряд оказывает отталкивающее действие на соседние отрицательные заряды. Исследователи предполагают, что это взаимное отталкивание способствует высокой скорости проведения через пору. Другое наследственное заболевание, поражающее органы почек, – это болезнь Дента, характеризующаяся протеинурией с низкой молекулярной массой и гиперкальциурией, при которой вовлечены мутации в гене CLCN5. Первым членом этого семейства, который был охарактеризован, был хлоридный канал, регулируемый Ca2+, белок респираторного эпителия, выделенный из апикальных мембран трахеи крупного рогатого скота. Биохимически он характеризуется как комплекс массой 140 кДа. Белок EClC крупного рогатого скота содержит 903 аминокислоты и четыре предполагаемых трансмембранных сегмента. Очищенный комплекс, при реконституции в плоском липидном бислое, проявлял себя как анион-селективный канал. Его регуляция осуществлялась Ca2+ посредством механизма, зависящего от кальмодулинкиназы II. Далекие гомологи могут присутствовать у растений, цилиат и бактерий, таких как Synechocystis и Escherichia coli, следовательно, по крайней мере некоторые домены в белках семейства E ClC имеют древнее происхождение.

Семья CLIC

Семейство внутриклеточных ионных каналов хлорида (CLIC) (TC# 1. A.12) состоит из шести консервированных белков у человека (CLIC1, CLIC2, CLIC3, CLIC4, CLIC5, CLIC6). Представители этого семейства существуют как мономерные растворимые белки, так и интегральные мембранные белки, где они функционируют как селективные по хлориду ионные каналы. Предполагается, что эти белки участвуют в регуляции мембранного потенциала, а также в трансэпителиальной абсорбции и секреции ионов в почках. Они принадлежат к суперсемейству глутатион-S-трансфераз (GST).

Структура

Они обладают одним или двумя предполагаемыми трансмембранными α-спиральными сегментами (TMS). Белок p64 у крупного рогатого скота состоит из 437 аминокислотных остатков и содержит два предполагаемых TMS в позициях 223–239 и 367–385. N- и C-концы ориентированы в цитоплазму, а большая центральная люминальная петля может быть гликозилирована. Ядерный белок человека (CLIC1 или NCC27) значительно меньше (241 остаток) и имеет только один предполагаемый TMS в позициях 30–36. Он гомологичен второй половине p64. Структурные исследования показали, что в растворимой форме белки CLIC приобретают структуру, подобную GST, с активным центром, демонстрирующим консервативный мотив монотиола глютаредоксина, аналогичный GST класса омега. Аль Хамичи и соавторы показали, что белки CLIC обладают глютаредоксиноподобной ферментативной активностью оксидоредуктазы, зависимой от глутатиона. CLIC1, CLIC2 и CLIC4 демонстрируют типичную глютаредоксиноподобную активность, используя 2-гидроксиэтилдисульфид в качестве субстрата. Эта активность может регулировать функцию ионных каналов CLIC.

Патология

Кистозный фиброз вызывается мутациями в гене CFTR на 7-й хромосоме, наиболее распространенной из которых является deltaF508 (делеция кодона, кодирующего фенилаланин, расположенного в 508-й аминокислотной позиции нормального полипептида CFTR). Любая из этих мутаций может нарушать правильную укладку белка и приводить к его последующей деградации, что снижает количество хлоридных каналов в организме. Это вызывает накопление слизи и развитие хронических инфекций.