VEGA 2/0006/15

Úloha fyziologicky aktívnych iónov Mg2+ a Zn2+ v luminálnej regulácii srdcového ryanodínového receptora        

Vedúca projektu: Jana Gaburjáková

Trvanie: január 2015 – december 2017
Koordinujúca organizácia: Centrum biovied – Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, Bratislava

Anotácia:

Ca2+ potrebný na kontrakciu srdcových myocytov sa uvoľňuje z lumenu sarkoplazmatického retikula (SR)  cez ryanodínový receptor (RYR2). Hlavnou regulačnou oblasťou RYR2 kanála je jeho objemná cytozolická doména. Avšak aj menšia luminálna časť sa zapája do regulácie, pričom dysfunkcia regulácie kanála z tejto strany môže viesť až k vážnym poruchám srdcového rytmu. Hlavným regulátorom RYR2 kanála z luminálnej strany je Ca2+. V lumene SR sú však prítomné aj ióny Mg2+ a Zn2+, ktoré môžu interagovať s luminálnymi RYR2 miestami. Tieto miesta sú umiestnené buď priamo na kanálovom proteíne alebo na asociovanom proteíne – kalsequestríne (CSQ2). Naším cieľom je preskúmať luminálnu reguláciu RYR2 kanála komplexnejšie, čo sa týka zloženia luminálneho prostredia. Konkrétne preštudujeme na úrovni jednotkových kanálov úlohu Mg2+ a Zn2+ v luminálnej regulácii RYR2 kanála v prítomnosti diastolickej alebo systolickej koncentrácii luminálneho Ca2+. Pri interpretácii výsledkov bude zohľadnená prítomnosť CSQ2 v RYR2 komplexe.

Kľúčové slová:

RYR2 kanál, planárna lipidová membrána, luminálna regulácia, Mg2+, Zn2+

Ciele:

Hlavným cieľom projektu je získať komplexnejší pohľad na luminálnu reguláciu srdcového ryanodínového receptora (RYR2), čo sa týka katiónového zloženia luminálneho priestoru kanála. Dominantným luminálnym regulátorom RYR2 kanála je neviazaný Ca2+. Avšak v lumene sarkoplazmatického retikula (SR) sú prítomné aj fyziologicky aktívne ióny Mg2+ a potvrdilo sa, že aj ióny Zn2+. Oba katióny tak majú reálny dosah na luminálne miesta RYR2 kanála, s ktorými priamo interagujú a tak môžu aktívne zasahovať do luminálnej regulácie kanála. Viaceré klinické štúdie potvrdzujú kardioprotektívny účinok Mg2+ aj Zn2+, pričom molekulárny základ tohto efektu Zn2+ nie je úplne objasnený. Chceli by sme preto prispieť k lepšiemu pochopeniu protektívneho účinku Zn2+ preštudovaním jeho úlohy v priamej regulácii RYR2 kanála, keďže práve tento kanál zohráva dôležitú úlohu v procese väzby excitácie s kontrakciou v srdcových myocytoch. Na základe porovnania fyzikálnych vlastností Mg2+ a Zn2+ prepodkladáme, že Zn2+ rovnako ako Mg2+ bude schopný s Ca2+ súťažiť o luminálne miesta RYR2 kanála a tým utlmovať stimulujúci účinok luminálneho Ca2+. Kompetičné experimenty medzi dvojicami luminálnych iónov Ca2+/Mg2+ a Ca2+/Zn2+ objasnia, ktorý z iónov Mg2+ alebo Zn2+ je silnejší kompetítor Ca2+ a tým, ktorý z katiónov hrá dominantnú úlohu v regulovaní účinku Ca2+ na luminálnej strane RYR2 kanála. Proteín kalsequestrín (CSQ2), interagujúci s luminálnou doménou RYR2 kanála, významne ovplyvňuje vlastnosti kanála. Avšak CSQ2 sa pri vyššej koncentrácii Ca2+ z kanálového komplexu odväzuje, čo by mohlo byť fyziologicky významné. V súčasnosti nám chýba systematická štúdia procesu odväzovania CSQ2 z RYR2 komplexu vyvolaná rôznymi katiónmi. Preto otestujeme koncentračný účinok iónov Ca2+, Mg2+ a Zn2+ na uvoľnenie CSQ2 z kanálového komplexu. Tieto experimenty nám taktiež umožnia posúdiť, či je agregácia CSQ2 nevyhnutná pre jeho uvoľnenie z RYR2 kanálového zoskupenia, keďže testované katióny sa líšia svojimi schopnosťami stimulovať agregáciu CSQ2.

Publikácie:

image Gaburjakova J, Gaburjakova M (2016): Cardiac ryanodine receptor: Selectivity for alkaline earth metal cations points to the EF-hand nature of luminal binding sites. Bioelectrochemistry 109:49-56.
image Gaburjakova M, Gaburjakova J (2016): Insights towards the identification of cytosolic Ca2+-binding sites in ryanodine receptors from skeletal and cardiac muscle. Acta Physiol DOI:10.1111/apha.12772.