Simulación Computacional de la interacción de las subunidades

Primer Congreso Virtual de Ciencias Morfológicas.
Primera Jornada Científica de la Cátedra Santiago Ramón y Cajal.
Simulación Computacional de la interacción de las
subunidades alfa y beta del canal de sodio dependiente
de voltage (BK)
Janneth González*, Ph.D., Angela Gálvez, Ludis Morales, Ph.D., George E.
Barreto, Capani, Francisco., Ph.D, Yolima Torres, Ph.D.
Departamento de Nutrición y Bioquímica, Facultad de Ciencias, Pontificia
Universidad Javeriana. Colombia.
Instituto de Investigaciones Cardiológicas “Prof. Dr. Alberto C. Taquini”
(ININCA), UBACONICET.
RESUMEN
Los canales iónicos son proteínas transmembranales encargadas del flujo
pasivo de iones entre el medio intra y extracelular que tienen la característica
de ser selectivos para diferentes iones, como el sodio (Na+), potasio (K+), cloro
(Cl-) y calcio (Ca2+). Previamente se encontró que al aumentar la edad, las
arterias coronarias presentan una reducción de la expresión de las subunidades
α y β1 de los canales de potasio sensible a voltaje (BK), ocasionando una
disminución de la capacidad vasodilatadora y por lo tanto un mayor riesgo de
enfermedad coronaria.
Para este estudio se realizaron simulaciones
computacionales de la interacción entre las subunidades α y β1 del canal de
potasio sensible a voltage (BK). A partir de este estudio se identificaron los
residuos clave en la interacción K3, K4 y R11 en el dominio amino terminal de
β1 con los residuos E147 y E14975 en el lazo intracelular S0-S1 de la
subunidad α. La segunda interacción se encontró entre los aminoácidos K179,
Y183 en el carboxilo terminal de la subunidad β1 y el aminoácido N237 del
lazo intracelular S2-S3 de la subunidad α.
Estos residuos establecen
interacciones iónicas, electrostáticas, puentes de hidrógeno, debido a las
características iónicas y grupos OH de los residuos que conforman cada
interacción.
Palabras clave:
muscular
Canales
potasio
(BK),
Interacciones
moleculares,
tono
INTRODUCCIÓN
Los canales iónicos son proteínas transmembranales encargadas del flujo
pasivo de iones entre el medio intra y extracelular que tienen la característica
de ser selectivos para diferentes iones, como el sodio (Na+), potasio (K+), cloro
(Cl-) y calcio (Ca2+). Entre los canales de potasio, se encuentran los canales de
alta conductancia dependientes de voltaje y calcio “BK”, los cuales son
activados tanto por la despolarización de la membrana como por incrementos
en la concentración de calcio intracelular [1].Se ha identificado que la
subunidad β1 del canal (BK) se expresa predominantemente en las células del
músculo liso y la presencia de ella incrementa la sensibilidad a Ca2+ del canal.
En estas células los canales BK controlan el tono vascular y su función puede
ser alterada por una disminución en la expresión de la subunidad β1. Marijic y
cols, 2001 [2] encontraron que al aumentar la edad, las arterias coronarias
presentan una reducción de la expresión de las subunidades α y β1,
ocasionando una disminución de la capacidad vasodilatadora y por lo tanto un
mayor riesgo de enfermedad coronaria, espasmo e isquemia de miocardio en
las personas mayores. Investigaciones anteriores han reportado que para la
interacción física, se necesitan los dominios amino y carboxilo terminal de la
subunidad β1 al igual que los dominios S0 a S3 de la subunidad α. Para este
estudio se realizaron simulaciones computacionales de la interacción entre las
subunidades α y β1 del canal de potasio sensible a voltage (BK).
MATERIALES Y MÉTODOS
Las regiones transmembranales que de las subunidades α y β1 del canal BK
fueron predichas por nueve algoritmos diferentes: DAS, TMAP, TMHMM2,
TMPRED, SPLIT4,TOPPRED2, PHDtm, ALOM2 y HMMTOP2. El consenso entre
los programas de predicción muestra para la subunidad α 10 hélices con 19
residuos para cada segmento transmembranal. En la subunidad β1, el número
de segmentos transmembranales son 2 con 22 residuos cada uno. La
predicción de estructura terciaria de las subunidades se realizó por threading,
con el software de análisis molecular MOE. La evaluación estereoquímica se
realizó con el programa PROCHECK; La simulación de docking molecular se
realizó con el algoritmo ZDOCK. 600 soluciones de docking fueron análizadas.
Los residuos con la mayor frecuencia de interacción para la subunidad α
fueron Glu con 267 , Lys con 172 y Asp 125, ver tablas 1 y 2. En la subunidad
β1, los residuos con la mayor frecuencia de interacción fueron Lys304, Gln
238 y Tyr 211.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Al examinar la ubicación y las interacciones que se llevan acabo entre la
subunidad α con la subunidad β1 se encontró que los segmentos amino y
carboxilo terminal de la subunidad β1 presenta varias interacciones con el lazo
intracelular entre S0 y S1 de la subunidad α. La primera está ubicada entre los
residuos K3, K4 y R11 en el dominio amino terminal de β1 con los residuos
E147 y E14975 en el lazo intracelular S0-S1 de la subunidad α. La segunda
interacción se encontró entre los aminoácidos K179, Y183 en el carboxilo
terminal de la subunidad β1 y el aminoácido N237 del lazo intracelular S2-S3
de la subunidad α.
Estos residuos establecen interacciones iónicas,
electrostáticas, puentes de hidrógeno, debido a las características iónicas y
grupos OH de los residuos que conforman cada interacción. Los resultados
presentados concuerdan con los datos experimentales, en los cuales se resalta
el rol biológico de los residuos N237 (N172) y D165 (D99) en la activación del
canal BK [3].
Además de las interacciones mencionadas en la región
intracelular, hay sitios potenciales de interacción entre los diferentes residuos
del lazo extracelular de la subunidad β1 (Q63, Y74, Q99 y D111) y un
aminoácido que se encuentra en el lazo extracelular S1-S2 de la subunidad α
(N201). Nuestros resultados son consistentes con los resultados de Hanner [4]
quienes reportaron la interacción de algunos residuos del lazo extracelular de
la subunidad β1 en la interacción con la subunidad α. Nuestros resultados
experimentales (no presentados en este estudio)
demuestran que Los
residuos D146, E147, K148, E149 y E150 ubicados en el lazo citoplasmático
S0-S1 de la subunidad α, están implicados en la regulación de la expresión de
esta subunidad al igual que en la interacción física entre las subunidades del
canal BK.
A partir de este estudio se identificaron los residuos D146, E147, K148, E149 y
E150 para realizar las mutaciones a nivel experimental que permitan avanzar
en el entendimiento de la regulación de la expresión de la subunidad alfa y en
la interacción con la subunidad β1.
Supported by PUJ grants ID 001045 to JGS.
1.
Knaus H, Garcia-Calvo M, Kaczorowski G, Garcia M.
Subunit
composition of the high conductance calcium-activated potassium channel
from smooth muscle, a representative of mSlo and slowpoke family of
potassium channels. The Journal of Biological Chemistry. 1994; 269:39213924.
2.
Marijic J,Li Q, Song M, Nishimaru K, Stefani E, Toro L. Decreased
expression of voltage- and Ca(2+)-activated K(+) channels in coronary
smooth muscle during aging. Circulation Research. 2001; 88:210-216.
3.
Yang H, Hu L, Shi J, Delaloye K, Horrigana F, Cui J. Mg2+ mediates
interaction between the voltage sensor and cytosolic domain to activate BK
channels. PNAS. 2007, 104 .
4.
Hanner M, Vianna-Jorge R, Kamassah A, William A, Knaus H,
Kaczorowski J,
Garcia M. The beta subunit of the high conductance
calcium- activated potassium channel. The journal of biological chemistry.
1998, 273.
Anexos