Введение

Группа трансмембранных белков, которые пассивно транспортируют ионы калия. Внутренние выпрямляющие калийные каналы (Kir, IRK) представляют собой специфическое подмножество калийных каналов, активируемых липидами. На сегодняшний день в различных типах клеток млекопитающих, растений и бактерий идентифицировано семь подсемейств. Они активируются фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом (PIP2). Нарушение функции этих каналов связано с рядом заболеваний. Канал IRK обладает пористым доменом, гомологичным вольтаж-зависимым ионным каналам, и фланкирующими трансмембранными сегментами (ТМС). Они могут существовать в мембране в виде гомо- или гетероолигомеров, и каждый мономер содержит от 2 до 4 ТМС. С функциональной точки зрения, эти белки транспортируют калий (K+), с большей склонностью к захвату K+ по сравнению с его высвобождением. Канал был впервые описан Ричардом Эдрианом и Аланом Ходжкином в 1970 году в клетках скелетной мускулатуры.

Обзор внутренней корректировки

Канал, обладающий "внутренней ректификацией", пропускает ток (положительный заряд) легче во внутреннем направлении (в клетку), чем во внешнем направлении (из клетки). Считается, что этот ток может играть важную роль в регуляции нейронной активности, способствуя стабилизации потенциала мембраны клетки в состоянии покоя. По условной договоренности, входящий ток (положительный заряд, движущийся в клетку) отображается в режиме clamp напряжения как отклонение вниз, а исходящий ток (положительный заряд, движущийся из клетки) – как отклонение вверх. При мембранных потенциалах, отрицательных относительно потенциала обращения калия, внутренне ректифицирующие K+ каналы поддерживают поток положительно заряженных ионов K+ в клетку, возвращая мембранный потенциал к потенциалу покоя. Это можно увидеть на рисунке 1: когда мембранный потенциал зафиксирован на отрицательном значении относительно потенциала покоя канала (например, -60 мВ), наблюдается входящий ток (то есть положительный заряд поступает в клетку). Однако, когда мембранный потенциал устанавливается на положительное значение относительно потенциала покоя канала (например, +60 мВ), эти каналы пропускают очень мало тока. Проще говоря, этот канал пропускает значительно больше тока во внутреннем направлении, чем во внешнем, в его рабочем диапазоне напряжений. Эти каналы не являются идеальными выпрямителями, поскольку могут пропускать некоторый исходящий ток в диапазоне напряжений до примерно 30 мВ выше потенциала покоя. Эти каналы отличаются от калийных каналов, которые обычно отвечают за реполяризацию клетки после потенциала действия, таких как каналы с запаздывающей ректификацией и калийные каналы типа А. Эти более "типичные" калийные каналы преимущественно проводят исходящие (а не входящие) калийные токи при деполяризованных мембранных потенциалах и могут рассматриваться как "наружно ректифицирующие". При первоначальном открытии внутренняя ректификация была названа "аномальной ректификацией", чтобы отличить ее от исходящих калийных токов. Внутренние ректификаторы также отличаются от калийных каналов с тандемным порным доменом, которые в значительной степени ответственны за "утечку" токов K+. Некоторые внутренние ректификаторы, называемые "слабыми внутренними ректификаторами", проводят измеримые исходящие токи K+ при напряжениях, положительных относительно потенциала обращения K+ (соответствующие, но превышающие небольшие токи выше линии 0 нА на рисунке 1). Они, наряду с "утечными" каналами, устанавливают потенциал мембраны клетки. Другие внутренне ректифицирующие каналы, называемые "сильными внутренними ректификаторами", проводят очень мало исходящего тока и в основном активны при напряжениях, отрицательных относительно потенциала обращения K+, где они проводят входящий ток (намного более крупные токи ниже линии 0 нА на рисунке 1).

Механизм внутренней корректировки

Феномен внутренней ректификации Kir-каналов обусловлен блокадой высокой аффинностью эндогенными полиаминами, в частности спермином, а также ионами магния, которые закупоривают пору канала при положительных потенциалах, что приводит к снижению исходящих токов. Эта зависимая от напряжения блокада полиаминами обеспечивает эффективную проводимость тока только в направлении внутрь. Хотя основная идея блокады полиаминами понятна, конкретные механизмы до сих пор остаются предметом дискуссий.

Активация PIP2

Для активации всех Kir-каналов требуется фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP2). PIP2 связывается и непосредственно активирует Kir 2.2, проявляя агонистические свойства. Таким образом, Kir-каналы можно рассматривать как лиганд-зависимые ионные каналы, в которых лигандом является PIP2.

Регулирование

Зависимость от напряжения может регулироваться внешним K+, внутренним Mg2+, внутренним ATP и/или G-белками. P-домены каналов IRK демонстрируют ограниченное сходство последовательности с P-доменами семейства VIC. Внутренние выпрямители играют роль в формировании потенциала клеточной мембраны, а закрытие этих каналов при деполяризации обеспечивает возникновение потенциалов действия продолжительной длительности с плато. Внутренние выпрямители лишены внутриклеточных спиралей, чувствительных к напряжению, которые присутствуют во многих каналах семейства VIC. В некоторых случаях, например, для Kir1.1a, Kir6.1 и Kir6.2, было предложено, что прямое взаимодействие с представителем суперсемейства ABC наделяет гетеромерный комплекс уникальными функциональными и регуляторными свойствами, включая чувствительность к ATP. Эти ATP-чувствительные каналы обнаружены во многих тканях организма. Они делают активность канала зависимой от цитоплазматического соотношения ATP/ADP (повышение соотношения ATP/ADP приводит к закрытию канала). Человеческие рецепторы сульфонилмочевины SUR1 и SUR2 (spQ09428 и Q15527, соответственно) являются ABC-белками, которые регулируют каналы Kir6.1 и Kir6.2 в ответ на ATP, а CFTR (TC #3.A.1.208.4) может регулировать Kir1.1a.

Структура

Определены кристаллическая структура и функция бактериальных представителей семейства IRK C. KirBac1.1, выделенный из Burkholderia pseudomallei, состоит из 333 аминокислотных остатков (aas) и содержит два N-концевых трансмембранных домена (TMS), фланкирующих P-петлю (остатки 1–150), при этом C-концевая половина белка является гидрофильной. Он осуществляет транспорт одновалентных катионов с селективностью: K ≈ Rb ≈ Cs ≫ Li ≈ Na ≈ NMGM (протонированный N-метил-D-глюкамин). Активность ингибируется Ba2+, Ca2+ и низкой кислотностью среды. Синдром EAST/SeSAME обусловлен мутациями в гене KCNJ10.