Блокатор канала

Блокатор канала - это биологический механизм, при котором конкретная молекула используется для предотвращения открытия ионных каналов для получения физиологического ответа в клетке. Блокировка канала проводится различными типами молекул, такими как катионы, анионы, аминокислоты и другие химические вещества. ионных каналов Эти блокаторы выступают в качестве антагонистов , предотвращая ответ, который обычно обеспечивается открытием канала.
Ионные каналы позволяют селективный проход ионов через клеточные мембраны, используя белки, которые функционируют как поры, которые позволяют проходить электрический заряд в клетку и вне. [ 1 ] Эти ионные каналы чаще всего закрываются, что означает, что они требуют конкретного стимула, чтобы заставить канал открываться и закрываться. Эти типы ионных каналов регулируют поток заряженных ионов через мембрану и, следовательно, опосредуют мембранный потенциал клетки.
Молекулы, которые действуют как блокаторы каналов, важны в области фармакологии, поскольку большая часть дизайна лекарственного средства - это использование антагонистов ионных каналов в регуляции физиологического ответа. Специфика канальных блочных молекул на определенных каналах делает его ценным инструментом при лечении многочисленных расстройств. [ 2 ] [ 3 ]
Фон
[ редактировать ]Ионные каналы
[ редактировать ]Чтобы понять механизм блокаторов канала, очень важно понять состав ионных каналов. Их основная функция состоит в том, чтобы внести свой вклад в мембранный потенциал покоя ячейки через поток ионов через клеточную мембрану. Для выполнения этой задачи ионы должны быть в состоянии пересечь гидрофобную область липидной бислойной мембраны, что является неблагоприятным процессом. Чтобы помочь в переносе ионов, ионные каналы образуют гидрофильную пор через мембрану, которая позволяет обычно неблагоприятной перенос гидрофильных молекул. [ 4 ] Различные ионные каналы имеют различные механизмы функции. Они включают в себя:
- Ионные каналы, управляемые напряжением
- Ионные каналы, которые активируются изменениями мембранного потенциала
- Лигандский ионный канал
- Ионные каналы, опосредованные связыванием мелких молекул с белком канала
- Механочувствительные ионные каналы
- Ионные каналы, которые реагируют на растяжение, вибрацию или изменения температуры
- Светообразные ионные каналы
- Ионные каналы, которые открываются или близки в ответ на свет
Молекулы, которые действуют как блокаторы ионных каналов, могут использоваться в отношении любого из этих различных каналов. Например, натриевые каналы, которые необходимы для производства потенциалов действия , влияют много разных токсинов. Тетродотоксин (TTX), токсин, обнаруженный в рыбе, полностью блокирует транспортировку ионов натрия, блокируя область фильтра селективности канала. [ 5 ] Большая часть структуры пор ионных каналов была выяснена из исследований, которые использовали токсины, чтобы ингибировать функцию канала. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
Личность
[ редактировать ]Такие инструменты, как рентгеновская кристаллография и электрофизиология, были необходимы для определения местоположения сайтов связывания молекул блока открытого канала. Изучая биологический и химический состав ионных каналов, исследователи могут определить составление молекул, которые связываются с определенными областями. Рентгеновская кристаллография обеспечивает структурное изображение рассматриваемой канала и молекулы. [ 9 ] Определение гидрофобности доменов канала через графики гидрофобности также дает подсказки для химического состава молекулы и почему она связывается с определенной областью. Например, если белок связывается с гидрофобной областью канала (и, следовательно, имеет трансмембранную область), рассматриваемая молекула может состоять из аминокислот аланина , лейцина или фенилаланина , поскольку сами они сами являются гидрофобными. [ 10 ] Электрофизиология также является важным инструментом в идентификации структуры канала, поскольку анализ ионных факторов, которые приводят к активации канала, могут иметь решающее значение для понимания ингибирующих действий молекул блока открытых каналов. [ 3 ] [ 9 ]
Физиология
[ редактировать ]
Антагонист рецептора
[ редактировать ]Блокаторы каналов являются антагонистами для соответствующих ионных каналов. Многие каналы имеют пятна связывания для регуляторных элементов, которые могут способствовать или подавлять нормальную функцию в зависимости от требований в ячейке и организме. Нормальной функцией связывания агониста является генерация клеточных изменений, приводящих к различным последним эффектам; Эти эффекты варьируются от изменения мембранного потенциала до инициации сигнальных каскадов . [ 11 ] И наоборот, когда блокаторы открытых каналов связываются с ячейкой, они предотвращают нормальную функцию связывания агониста. Например, каналы, управляемые напряжением, открываются и закрываются на основе мембранного потенциала, и имеют решающее значение для генерации потенциалов действия путем их пособия на ионы для выхода из установленных градиентов. Тем не менее, блокаторы открытых каналов могут связываться с этими каналами, чтобы предотвратить текущие ионы, что ингибирует инициацию потенциала действия. [ 12 ]
Специфичность молекул
[ редактировать ]Многие различные органические соединения могут выступать в качестве блокаторов канала, несмотря на специфичность канала. Каналы разработали структуры, которые из -за их мембранных областей могут различать различные ионы или соединения. Например, некоторые объекты слишком велики, чтобы вписаться в каналы, которые структурно определены для транспортировки более мелких объектов, таких как ион калия, пытающийся вписаться в натриевый канал. И наоборот, некоторые объекты слишком малы, чтобы быть должным образом стабилизированы определенными полями канала, такими как ион натрия, пытающийся пройти через канал калия. [ 11 ] [ 13 ] В обоих случаях поток канала не допускается. Однако, пока конкретное соединение обладает адекватной химической аффинностью к каналу, это соединение может быть способно связывать и блокировать пору канала. Например, TTX может связывать и инактивировать, управляемые напряжением натриевые каналы, несмотря на то, что TTX намного больше и химически отличается от ионов натрия. Учитывая различия в размерах и химических свойствах между TTX и ионом натрия, это пример структуры, используемой для блокировки обычно определенных каналов. [ 14 ]
Кинетика
[ редактировать ]Блок канала может быть вызван множеством различных типов органических соединений, если они могут связываться с какой -то частью поры целевого канала. Кинетика блокаторов каналов в основном понимается, хотя их использование в качестве анестетики . Местные анестетики работают, вызывая фазовое состояние блока в целевых нейронах. [ 13 ] Первоначально блокаторы открытых каналов не позволяют эффективно предотвращать потенциалы действия, так как мало каналов блокируется, и сам блокировщик может быть выпущен из канала быстро или медленно в зависимости от его характеристик. Тем не менее, фазовые блоки встречаются, поскольку повторная деполяризация повышает аффинность блокаторов к каналам в нейроне. Комбинация увеличения доступных каналов и изменения конформации канала для увеличения аффинности связывания блокатора отвечает за это действие. [ 13 ] [ 15 ] [ 16 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Терапевтическое использование
[ редактировать ]Различные нейродегенеративные заболевания были связаны с чрезмерной активацией рецептора NMDA, предназначенной для опосредованной кальций -зависимой нейротоксичности . Исследователи изучили множество различных антагонистов NMDA и их терапевтическую эффективность, ни одна из которых не заключается в том, чтобы быть как безопасным, так и эффективным. [ 17 ] В течение многих лет исследователи исследуют влияние блока открытых каналов, мемантин , в качестве варианта лечения нейротоксичности. Они предположили, что более быстрые показатели блокировки и разблокировки и общая кинетика мемантина могут быть основной причиной клинической толерантности. [ 17 ] [ 3 ] Как неконкурентоспособный антагонист, мемантин должен приближать уровни NMDA к норме, несмотря на высокую концентрацию глутамата . Основываясь на этой информации, исследователи предполагают, что когда -нибудь мемантин может быть использован в качестве блока открытого канала для предотвращения повышения уровня глутамата, связанных с нейротоксичностью, с небольшим количеством побочных эффектов по сравнению с другими вариантами лечения. [ 17 ]
Болезнь Альцгеймера
[ редактировать ]Болезнь Альцгеймера , специфическое нейродегенеративное расстройство, связано с прерываниями глутаминергической нейротрансмиссии , которые, как полагают, приводят к основным когнитивным симптомам болезни Альцгеймера. [ 18 ] [ 2 ] [ 3 ] Исследователи предполагают, что неконкурентные агонисты рецепторов NMDA могут использоваться для помощи в лечении этих симптомов без получения тяжелых побочных эффектов. [ 18 ] В качестве одного из единственных препаратов, одобренных для лечения Альцгеймера, было показано, что мемантин позволяет возбуждающим пост-синаптическим течениям оставаться незатронутыми при снижении частоты и амплитуды ингибирующих пост-синаптических токов. [ 19 ] Данные подтверждают гипотезу о том, что как сильная зависимость от напряжения, так и быстрая кинетика мемантина могут быть ответственны за снижение побочных эффектов и когнитивный прогресс. [ 20 ]
Муковисцидоз
[ редактировать ]Муковисцидоз - это прогрессирующее генетическое заболевание, которое связано с дисфункцией трансмембранного регулятора CF ( CFTR ). [ 21 ] Блокировка этого канала определенными цитоплазматическими, негативно-заряженными веществами приводит к снижению транспорта ионов хлорида и бикарбонатного аниона, а также к снижению секреции жидкости и соли. Это приводит к накоплению толстой слизи, которая характерна для муковисцидоза. [ 21 ]
Фармакология
[ редактировать ]Анестетики
[ редактировать ]Блокаторы каналов необходимы в области анестетики. Ингибиторы натриевых каналов используются как антипилептики , так и антиаритмики , так как они могут ингибировать гипер-экккутируемые ткани у пациента. [ 22 ] Введение специфических блокаторов натриевых каналов в ткани позволяет преференциальное связывание блокатора с натриевыми каналами, что приводит к окончательному ингибированию потока натрия в ткани. Со временем этот механизм приводит к общему снижению возбуждения ткани. Длительная гиперполяризация прерывает нормальное восстановление канала и обеспечивает постоянное ингибирование, обеспечивая динамический контроль анестетиков в данной настройке. [ 22 ]
Болезнь Альцгеймера
[ редактировать ]Чрезмерное воздействие глутамата приводит к нейротоксичности у пациентов с болезнью Альцгеймера. В частности, чрезмерная активация глутаматных рецепторов типа NMDA была связана с экситотоксичностью нейронных клеток и гибелью клеток. [ 18 ] [ 2 ] Потенциальным решением для этого является снижение активности рецептора NMDA, не мешая так резко, чтобы вызвать клинические побочные эффекты. [ 23 ]
В попытке предотвратить дальнейшую нейродегенерацию, исследователи использовали мемантин, открытый блок канала в качестве формы лечения. До настоящего времени использование мемантина у пациентов с болезнью Альцгеймера быстро приводит к клиническому прогрессу во многих различных симптомах. Считается, что мемантин работает эффективно благодаря своей способности быстро изменять свою кинетику, которая предотвращает накопление в канале и обеспечивает нормальную синаптическую передачу. Было обнаружено, что другие блокаторы канала блокируют всю активность рецептора NMDA, что приводит к неблагоприятным клиническим побочным эффектам. [ 3 ]
Дисфункция канала CFTR
[ редактировать ]Муковато -фиброз трансмембранные регуляторы (CFTRS) функционируют в хлоридном ионе, бикарбонатном анионе и транспорте жидкости. [ 24 ] Они экспрессируются главным образом в апикальных мембранах эпителиальных клеток в дыхательных, поджелудочных, желудочно -кишечных и репродуктивных тканях. [ 21 ] [ 24 ] Аномально возмещенная функция CFTR приводит к чрезмерной секреции жидкости. ингибиторы CFTR с высоким аффинностью, такие как CFTR INH -172 и GLYH-101, эффективны при лечении секреторных диареев. Было показано, что [ 25 ] [ 26 ] Теоретически, блокаторы каналов CFTR также могут быть полезны в качестве мужских контрацептивов. Каналы CFTR опосредуют бикарбонатный анионный вход, что необходимо для емкость сперматозоидов . [ 27 ]
Известно, что различные типы веществ блокируют ионные каналы хлорида CFTR. Некоторые из самых известных и изученных веществ включают сульфонилюреазы, ариламинобензоаты и дисульфонические стильбен. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] Эти блокаторы зависят от боковых зависимости, поскольку они входят в пор исключительно из цитоплазматической стороны, зависимым от напряжения как гиперполяризованных мембран Отталкивает отрицательно заряженные блокаторы обратно в цитоплазму. [ 31 ]
Типы
[ редактировать ]Есть несколько различных основных классов блокаторов каналов, в том числе:
- Кальций (ок 2+ ) Блокаторы каналов
- Хлорид (кл − ) Блокаторы каналов
- Калий (к + ) Блокаторы каналов
- Sodium (Na + ) Блокаторы каналов
Следующие типы, которые действуют на лиганд-управляемые ионные каналы (LGIC) посредством связывания с их поре также существуют:
- 5-HT 3 рецепторных антагонистов
- ГАМК рецепторов Антагонисты
- По словам антагонистов рецепторов
- Антагонисты рецептора NMDA
Также известно, что блокаторы каналов действуют на рецепторах AMPA , рецепторах глицина , рецепторах каината , рецепторах P2X и цинке (Zn 2+ ) -активированные каналы . Тип ингибирования, опосредованного блокаторами канала, может быть назван неконкурентоспособным или неконкурентоспособным .
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Медицинское определение ионного канала» . Medicinenet . Получено 2017-03-20 .
- ^ Jump up to: а беременный в Kocahan S, Doğan Z (февраль 2017 г.). «Механизмы патогенеза и профилактики болезни Альцгеймера: мозг, нейронная патология, N-метил-D-аспартатные рецепторы, белок тау и другие факторы риска» . Клиническая психофармакология и нейробиология . 15 (1): 1–8. doi : 10.9758/cpn.2017.15.1.1 . PMC 5290713 . PMID 28138104 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Липтон С.А. (январь 2004 г.). «Неудачи и успехи антагонистов рецепторов NMDA: молекулярная основа для использования блокаторов с открытым каналом, таких как мемантин, при лечении острых и хронических неврологических оскорблений» . Нейрорус . Нейропротекция. 1 (1): 101–10. doi : 10.1602/neuroRx.1.1.101 . PMC 534915 . PMID 15717010 .
- ^ Ahern CA, Payandeh J, Bosmans F, Chanda B (январь 2016 г.). «Руководство автостопщика по галактике натриевого канала, управляемой напряжением» . Журнал общей физиологии . 147 (1): 1–24. doi : 10.1085/jgp.201511492 . PMC 4692491 . PMID 26712848 .
- ^ Мур JW, Blaustein MP, Anderson NC, Narahashi T (май 1967 г.). «Основа селективности тетродотоксина в блокировке аксонов кальмаров» . Журнал общей физиологии . 50 (5): 1401–11. doi : 10.1085/jgp.50.5.1401 . PMC 2225715 . PMID 6033592 .
- ^ Stevens M, Peigneur S, Tytgat J (2011-11-09). «Нейротоксины и их зоны связывания на контрольных натриевых каналах» . Границы в фармакологии . 2 : 71. doi : 10.3389/fphar.2011.00071 . PMC 3210964 . PMID 22084632 .
- ^ Миллер С (декабрь 1988 г.). «Конкуренция за блок CA2 (+)-активированный K+-канал с помощью харибдотоксина и тетраэтиламмония». Нейрон . 1 (10): 1003–6. doi : 10.1016/0896-6273 (88) 90157-2 . PMID 2483092 . S2CID 32262373 .
- ^ Айяр Дж., Вика Дж. М., Рицци Дж.П., Синглтон Д.Х., Эндрюс Г.К., Лин В., Бойд Дж., Хансон Д.К., Саймон М., Детлефс Б (ноябрь 1995). «Топология пор-региона K+-канала, выявленная из ЯМР-происходящих структур токсинов скорпионов» . Нейрон . 15 (5): 1169–81. doi : 10.1016/0896-6273 (95) 90104-3 . PMID 7576659 .
- ^ Jump up to: а беременный Findeisen F, Campiglio M, Jo H, Abderemane-Ali F, Rumpf CH, Pope L, Rossen ND, Flucher BE, Degrado WF, Minor DL (март 2017 г.). «Пептиды α-взаимодействия (AID) сшитого напряжения (CAV) домена (AID) действуют как селективные ингибиторы взаимодействия белкового белка функции CAV» . ACS Химическая нейробиология . 8 (6): 1313–1326. doi : 10.1021/acschemneuro.6b00454 . PMC 5481814 . PMID 28278376 .
- ^ Феникс Д.А., Харрис Ф. (2002-01-01). «Гидрофобный момент и его использование в классификации амфифильных структур (обзор)» . Биология молекулярной мембраны . 19 (1): 1–10. doi : 10.1080/09687680110103631 . PMID 11989818 . S2CID 19943697 .
- ^ Jump up to: а беременный Джексон М.Б. (февраль 2010 г.). «Блок открытого канала и за его пределами» . Журнал физиологии . 588 (Pt 4): 553–4. doi : 10.1113/jphysiol.2009.183210 . PMC 2828128 . PMID 20173077 .
- ^ Ahern CA, Payandeh J, Bosmans F, Chanda B (январь 2016 г.). «Руководство автостопщика по галактике натриевого канала, управляемой напряжением» . Журнал общей физиологии . 147 (1): 1–24. doi : 10.1085/jgp.201511492 . PMC 4692491 . PMID 26712848 .
- ^ Jump up to: а беременный в Butterworth JF, Strichartz GR (апрель 1990 г.). «Молекулярные механизмы местной анестезии: обзор» . Анестезиология . 72 (4): 711–34. doi : 10.1097/00000542-199004000-00022 . PMID 2157353 . S2CID 8277924 .
- ^ Эванс М.Х. (сентябрь 1969). «Механизм отравления сакситоксином и тетродотоксином». Британский медицинский бюллетень . 25 (3): 263–7. doi : 10.1093/oxfordjournals.bmb.a070715 . PMID 5812102 .
- ^ Mert T, Gunes Y, Guven M, Gunay I, Ozcengiz D (март 2002 г.). «Сравнение блоков нервной проводимости опиоидом и местным анестетиком». Европейский журнал фармакологии . 439 (1–3): 77–81. doi : 10.1016/s0014-2999 (02) 01368-7 . PMID 11937095 .
- ^ Mitolo-Chieppa D, Cararatu MR (май 1983 г.). «Анестетические препараты: электрофизиологические основания их эффекта блокировки проводимости». Фармакологические исследовательские коммуникации . 15 (5): 439–50. doi : 10.1016/s0031-6989 (83) 80064-2 . PMID 6351107 .
- ^ Jump up to: а беременный в Chen HS, Pellegrini JW, Aggarwal SK, Lei Sz, Warach S, Jensen Fe, Lipton SA (ноябрь 1992). «Открытый канал блока N-метил-D-аспартата (NMDA) ответами мемантином: терапевтическое преимущество против NMDA-опосредованной нейротоксичности» . Журнал нейробиологии . 12 (11): 4427–36. doi : 10.1523/jneurosci.12-11-04427.1992 . PMC 6576016 . PMID 1432103 .
- ^ Jump up to: а беременный в Müller WE, Mutschler E, Riederer P (июль 1995 г.). «Неконкурентные антагонисты рецепторов NMDA с быстрого открытой кинетикой блокировки и сильной зависимостью от напряжения в качестве потенциальных терапевтических агентов для деменции Альцгеймера». Фармакопсихиатрия . 28 (4): 113–24. doi : 10.1055/s-2007-979603 . PMID 7491365 . S2CID 260240191 .
- ^ Повишева Н.В., Джонсон Дж.В. (декабрь 2016 г.). «Влияние мемантина на баланс ингибирования возбуждения в префронтальной коре» . Нейробиология болезней . 96 : 75–83. doi : 10.1016/j.nbd.2016.08.006 . PMC 5102806 . PMID 27546057 .
- ^ Домингес, Эванглин; Подбородок, Тинг-я; Чен, Чи-Пин; Wu, Tzong-Yuan (2011-12-01). «Лечение болезни Альцгеймера от средней до тяжелой болезни: сосредоточиться на мемантине» . Тайваньский журнал акушерства и гинекологии . 50 (4): 415–423. doi : 10.1016/j.tjog.2011.10.004 . ISSN 1028-4559 . PMID 22212311 .
- ^ Jump up to: а беременный в Любамба Б., Дуж Б., Ноэль С., Лил Т (октябрь 2012 г.). «Муковисцидоз: понимание патофизиологии CFTR и фармакотерапии». Клиническая биохимия . 45 (15): 1132–44. doi : 10.1016/j.clinbiochem.2012.05.034 . PMID 22698459 .
- ^ Jump up to: а беременный Рамос Э, О'Лири меня (октябрь 2004 г.). «Зависимое от состояния ловушка флекаинида в сердечном натриевом канале» . Журнал физиологии . 560 (Pt 1): 37–49. doi : 10.1113/jphysiol.2004.065003 . PMC 1665201 . PMID 15272045 .
- ^ Липтон С.А. (май 2007 г.). «Патологически активированная терапия для нейропротекции: механизм блока рецептора NMDA с помощью мемантина и S-нитрозилирования». Современные цели наркотиков . 8 (5): 621–32. doi : 10.2174/138945007780618472 . PMID 17504105 .
- ^ Jump up to: а беременный Frizzell RA, Hanrahan JW (июнь 2012 г.). «Физиология эпителиального хлорида и секреции жидкости» . Перспективы Cold Spring Harbor в медицине . 2 (6): A009563. doi : 10.1101/cshperspect.a009563 . PMC 3367533 . PMID 22675668 .
- ^ Muanprasat C, Sonawane ND, Salinas D, Taddei A, Galietta LJ, Verkman As (август 2004 г.). «Открытие ингибиторов CFTR-глицина-гидразида-поры: механизм, анализ структуры-активности и эффективность in vivo» . Журнал общей физиологии . 124 (2): 125–37. doi : 10.1085/jgp.200409059 . PMC 2229623 . PMID 15277574 .
- ^ Ma T, Thiagarajah Jr, Yang H, Sonawane ND, Folli C, Galietta LJ, Verkman As (декабрь 2002 г.). «Ингибитор тиазолидинона CFTR, идентифицированный с помощью высокопроизводительного скрининга блоков, индуцированной холерой, индуцированной кишечной жидкостью» . Журнал клинических исследований . 110 (11): 1651–8. doi : 10.1172/jci16112 . PMC 151633 . PMID 12464670 .
- ^ Chen H, Ruan YC, Xu WM, Chen J, Chan HC (2012-11-01). «Регуляция мужской фертильности CFTR и последствия для мужского бесплодия» . Обновление воспроизведения человека . 18 (6): 703–13. doi : 10.1093/umupd/dms027 . PMID 22709980 .
- ^ Schultz BD, Deroos AD, Venglarik CJ, Singh AK, Frizzell RA, Bridges RJ (август 1996 г.). «Глибенкламидная блокада хлоридных каналов CFTR». Американский журнал физиологии . 271 (2 pt 1): L192-200. doi : 10.1152/ajplung.1996.271.2.l192 . PMID 8770056 .
- ^ Zhang ZR, Zeltwanger S, McCarty NA (май 2000). «Прямое сравнение NPPB и DPC в качестве зондов CFTR, выраженных в ооцитах Xenopus». Журнал мембранной биологии . 175 (1): 35–52. doi : 10.1007/s002320001053 . PMID 10811966 . S2CID 19341540 .
- ^ Линсделл П., Ханрахан Дж.В. (ноябрь 1996 г.). «Дисульфонический штилбенский блок муковисцидозого трансмембранного регулятора проводимости, экспрессируемых в клеточной линии млекопитающих, и его регуляции критическим остатком пор» . Журнал физиологии . 496 (Pt 3): 687–93. doi : 10.1113/jphysiol.1996.sp021719 . PMC 1160856 . PMID 8930836 .
- ^ Линсделл П (февраль 2014 г.). «Муковистский фиброз трансмембранного регулятора хлоридного канала: фармакологическая, биофизическая и физиологическая значимость» . Всемирный журнал биологической химии . 5 (1): 26–39. doi : 10.4331/wjbc.v5.i1.26 . PMC 3942540 . PMID 24600512 .