Введение
Белки млекопитающих, обнаруженные у человека. hERG (человеческий ген, связанный с Ether à go go) — это ген, кодирующий белок, известный как Kv11.1, альфа-субъединицу калиевого ионного канала. Этот ионный канал (иногда обозначаемый просто как "hERG") наиболее известен своим вкладом в электрическую активность сердца: канал hERG опосредует реполяризующий ток IKr в потенциале действия кардиомиоцитов, что помогает координировать сердцебиение. Если способность этого канала проводить электрический ток через клеточную мембрану ингибируется или нарушается, будь то под воздействием лекарственных препаратов или редких мутаций в некоторых семьях, это может привести к потенциально смертельному заболеванию, известному как синдром удлиненного интервала QT. И наоборот, генетические мутации, увеличивающие ток через эти каналы, могут привести к связанному с ним наследственному нарушению сердечного ритма – синдрому укороченного интервала QT. Ряд клинически успешных лекарственных препаратов на рынке обладают тенденцией к ингибированию hERG, удлиняя интервал QT и потенциально вызывая фатальную аритмию (желудочковую тахиаритмию, называемую torsades de pointes). Это делает ингибирование hERG важной антимишенью, которой следует избегать при разработке лекарств. Также hERG ассоциируется с модуляцией функций некоторых клеток нервной системы и с развитием и поддержанием раковых свойств в лейкозных клетках.
hERG (the human Ether à go go Related Gene) is a gene that codes for a protein known as Kv11.1, the alpha subunit of a potassium ion channel. This ion channel (sometimes simply denoted as 'hERG') is best known for its contribution to the electrical activity of the heart: the hERG channel mediates the repolarizing IKr current in the cardiac action potential, which helps coordinate the heart's beating. When this channel's ability to conduct electrical current across the cell membrane is inhibited or compromised, either by application of drugs or by rare mutations in some families, it can result in a potentially fatal disorder called long QT syndrome. Conversely, genetic mutations that increase the current through these channels can lead to the related inherited heart rhythm disorder Short QT syndrome. A number of clinically successful drugs in the market have had the tendency to inhibit hERG, lengthening the QT and potentially leading to a fatal irregularity of the heartbeat (a ventricular tachyarrhythmia called torsades de pointes). This has made hERG inhibition an important antitarget that must be avoided during drug development. hERG has also been associated with modulating the functions of some cells of the nervous system and with establishing and maintaining cancer like features in leukemic cells.
Функция
hERG составляет основную часть одного из белков ионного канала (быстрый запаздывающий выпрямляющий ток (IKr)), который проводит ионы калия (K+) из клеток сердечной мышцы (сердечных миоцитов). Этот ток критически важен для правильной синхронизации возврата к состоянию покоя (реполяризации) клеточной мембраны во время потенциала действия сердца. Неизвестно, состоит ли канал только из hERG, или включает смесь различных типов (изоформ) hERG, но когда была впервые обнаружена исходная форма hERG…
Структура
Детальная атомная структура hERG, полученная с помощью рентгеновской кристаллографии, пока недоступна, но структуры были недавно определены методом электронной микроскопии. В лабораторных условиях гетерологично экспрессированный калийный канал hERG состоит из 4 идентичных альфа-субъединиц, которые формируют пору канала через плазматическую мембрану. Каждая субъединица hERG состоит из 6 трансмембранных альфа-спиралей, пронумерованных S1–S6, пористой спирали, расположенной между S5 и S6, и N- и C-концевых доменов, расположенных в цитоплазме. Спираль S4 содержит положительно заряженный остаток аргинина или лизина аминокислоты через каждые 3 позиции и, как считается, действует как чувствительный к напряжению сенсор, позволяющий каналу реагировать на изменения напряжения, изменяя конформацию между проводящим и непроводящим состояниями (это называется "гейтингом"). Между спиралями S5 и S6 находится внеклеточная петля (известная как "башня") и "поровая петля", которая начинается и заканчивается внеклеточно, но погружается в плазматическую мембрану; поровая петля каждой субъединицы hERG в одном канале обращена внутрь ионпроводящей поры и прилегает к соответствующим петлям трех других субъединиц, вместе образуя область селективного фильтра канальной поры. Селективная последовательность SVGFG очень похожа на ту, что содержится в бактериальных каналах KcsA.
Генетика
Потеря функции мутаций в этом канале может приводить к синдрому удлиненного интервала QT (LQT2), а мутации, приводящие к увеличению функции, – к синдрому укороченного интервала QT. Оба клинических расстройства являются следствием дисфункции ионных каналов (так называемых каналопатий), что может повышать риск развития потенциально смертельных сердечных аритмий (например, торсаде де Пуант), из-за нарушений реполяризации сердечного потенциала действия. Мутаций hERG, связанных с синдромом удлиненного интервала QT, описано значительно больше, чем с синдромом укороченного интервала QT. Канал, содержащий hERG, блокируется амиодароном, что и удлиняет интервал QT, однако его многочисленные другие антиаритмические эффекты предотвращают развитие торсаде де Пуант. Тиоридазин вызывает выраженное удлинение интервала QTc, блокируя hERG, и был отозван производителем по этой причине.
Разработка лекарственных средств
В связи с задокументированным потенциалом лекарственных средств, удлиняющих интервал QT, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выпустило рекомендации по формированию профиля сердечной безопасности на этапе доклинической разработки лекарственных препаратов: ICH S7B. Руководство по неклинической оценке потенциала задержки реполяризации желудочков (удлинения интервала QT) лекарственных средств для применения у человека, выпущенное как CHMP/ICH/423/02 и утвержденное CHMP в мае 2005 года. Доклинические исследования hERG должны проводиться в условиях GLP.
Именование
Ген hERG был впервые назван и описан в статье Джеффа Уормке и Барри Ганецки, оба из которых в то время работали в Университете Висконсина–Мэдисон.
Взаимодействия
Было показано, что HERG взаимодействует с белком 14-3-3 эпсилон, кодируемым геном YWHAE.