Andres Ricardo Perez Riera
Edgardo Schapachnik
Sergio Dubner
Ключові слова: Анкирины – Раптова серцева смерть – Синдром Бругада – Синдром Анкирина-Б
Для нормального зчеплення між збудженням і скороченням а також для підтримки серцевого ритму необхідна координована діяльність іонних каналів серцевого м’яза.
Різновид людських генів, яка впливає на біохімічні властивості каналів, пов’язана з виникненням фатальних аритмій.
Анкирины – це внутрішньоклітинні поліпептиди, необхідні для біосинтезу і підтримки мембранних доменів в збудливих і невозбудимых клітинах. Крім того, вони є мембранними адаптивними молекулами, які відіграють важливу роль у взаємодії інтегральних мембранних білків і спектриновой мережі цитоскелета.
Сімейство анкириновых (anchor, в перекладі з англійської – якір) поліпептидів бере участь у розподілі-прикріпленні і стабілізації мембранних білків, включаючи іонні канали, переносники, іонообмінники і клітинні адгезивні молекули в різних тканинах і типах клітин організму: еритроцитах, нирках, легенях і головному мозку.
Анкирин – це цитоскелетный білок, адаптирующий і контролює вихід Ca2+ в інозитол 1, 4, 5-трифосфатных рецепторах (IP(3)R) ендоплазматичного ретикулума.
Раніше, порушення функції анкиринового механізму пов’язувалося з такими патологіями хребетних як: спадковий сфероцітоз, анемія, атаксія і аксонная дегенерація. Недолік анкирина – це одна з найбільш частих причин людського спадкового сфероцитоза1. Недавні дослідження показали важливість анкиринового механізму збудливості серцевих клітин. Так, мутація генів анкирина призводить до тяжких спадкових захворювань як, наприклад, фатальний аритмічна синдром. При цьому 2 анкириновые генні продукти, 220-kDa анкирин-Б (також відомий як анкирин 2) та 190-kDa анкирин-Р, пов’язані з розподілом-прикріпленням різних мембранних іонних каналів і переносників до збудження мембранним доменам кардіоміоцитів.
Анкирин-Б – це спектрин-зв’язаний білок, який необхідний для локалізації інозитол 1,4,5-трифосфатных і рианодиновых рецепторів у неонатальних кардиомиоцитах. У цих клітинах відбувається взаємодія між анкирином-Б і бета(2)-спектрином. Анкирин-Б і бета(2)-спектрин знаходяться у внутрішньоклітинному исчерченном просторі, навколишньому M-лінії, окремо від T-трубочок, саркоплазматического ретикулума, коплексу Гольджи, ендоплазматичного ретикулуму, лізосом і эндосом. Бета(2)-спектрин відсутня в анкирин-Б-«нульових» кардиомиоцитах і при фарбуванні зеленим флюоресцентним протеїном-220-kDa анкирин-Б відновлюється нормальний исчерченный порядок.
Анкирин-Б і анкирин-Р є визнаними складовими частинами серцевого м’яза, які прикріплюють різні іонні канали, насоси, переносники до фізіологічних сайтів впливу. В експериментах з мишами мутації анкирина-Б викликають серцевий аритмічна синдром, пов’язаний з порушенням кальцієвого гомеостазу.
Анкирин-Р пов’язаний з основними потенциалозависимыми серцевими натрієвими каналами і втрата цієї взаємодії, внаслідок мутації Nav1.5, призводить до синдрому Бругада.
Mohler та співавт. виявили людську генетичну мутацію (E1053K) у пов’язаних з анкирином Na(v)1.5, яка призводить до синдрому Бругада – фатальної аритмії, спричиненої порушеннями функціонування Na(v)1.5. Мутація E1053K перешкоджає зв’язуванню Na(v)1.5 і анкирина-Р а також запобігає накопиченню Na(v)1.5 на клітинній поверхні шлуночкових кардіоміоцитів. Анкирин-Р і Na(v)1.5 знаходяться під вставних дисках і T-трубочках мембран кардіоміоцитів, Na(v)1.5 преципитирует з 190-kDa анкирином-Р в розчині лізату серця щурів.
Ці дані припускають зв’язок між Na(v)1.5 і анкирином-Р і показують, що анкирин-Р необхідний для локалізації Na(v)1.5 порушуваних у мембранах кардіоміоцитів. Згідно з результатами досліджень невронов і кардіоміоцитів передбачається, що анкирин-Р бере участь у загальному механізмі локалізації потенциалозависимых Na(v) каналів у місцях функціонування в різних збудливих клітинах.
Дослідження у людини і у мишей визначили механізми впливу анкирина на нормальну серцеву збудливість.
Cai і Zhang показали, що дупликация генів анкирина відбувається в дві стадії. Перша – відображає незалежний эволютивный процес у Arthropoda після дивергенції від Chordata. Відокремившись від Urochordata, розвиток анкиринов у хребетних включає успадковані геномні дуплікації. Автора не знайшли доказів координації сімейства генів мембранних протеїнів, пов’язаних з анкирином в паралогичных хромосомах. Крім того, еволюція 24 ANK-повторень тісно пов’язана з екзон обмеженими сайтами генів анкирина, які, можливо, виникли перед їх дупликацией у хребетних. Ця зв’язок, мабуть, є досить складною. Більш того, ґрунтуючись на філогенетичному аналізі ANK-повторних доменів, вони сприяють виникненню нової моделі передбачуваного примордиального анкирина, що містить четвертий 6-ANK-повторний піддомен і спектрин-пов’язаний домен. Ці дані дадуть направлення для майбутніх досліджень, що стосуються структури, функції, еволютівной походження анкиринов і, можливо, інших цитоскелетных белков4. Зниження рівнів экпрессии 220-kDa анкирина-Б у щурів або присутність мутацій, що призводять до втрати функції анкирина-Б у людини, що веде до розвитку нового серцевого аритмического синдрому, названого синдромом анкирина-Б – кардіологічної хвороби зі спектром клінічних презентацій, включають:
брадикардію з дисфункцією синусового вузла;
шлуночкову тахікардію;
ідіопатичну шлуночкову фібриляцію;
катехоламинергическую поліморфну шлуночкову тахікардію;
раптову серцеву смерть у відповідь на катехоламинергические стимули.
Спочатку,
синдром був класифікований як IV тип синдрому подовженого QT (LQTS, long QT syndrome). Новий серцевий аритмічна синдром відрізняється від LQTS. Подовження коррегированного інтервалу QT не є постійною ознакою, вказуючи на те, що дисфункція анкирина-Б являє собою самостійну клінічну одиницю, що відрізняється від класичного LQTS. Mohler та співавт. розкрили роль анкирина-Б як цитоскелетного «адаптирующего» білка або неіонної канального протеїну при IV типі LQTS. При даному синдромі порушується кальцієва передача сигналів в присутності мутації гена анкирина-Б порушуються функції різних каналів і бомб, які в нормальному стані взаємодіють з анкирином-Б. Автора припускають, що порушення функції цих каналів є новим механізмом, що веде до розвитку серцевої миопатии5.
Мутація анкирина-Б викликає підвищений кальцієвий транзит в кардиомиоцитах (всі мутації порушують здатність анкирина-Б відновлювати анормальну динаміку Ca2+), що призводить до втрати клітинного розподілу анкирин-зв’язуючих протеїнів Na/K АТФ-ази, Na+/Ca2+ ионоообменников та InsP3 рецепторів кардіоміоцитів в мембранних доменах. 220-kDa анкирин-Б необхідний для координованого функціонування Na/Ca іонообмінника, Na/K АТФ-ази і інозитол 1,4,5-трифосфатных рецепторів сайтах поперечних трубочок саркоплазматического ретикулума кардиомиоцитов6. Биосинтетические експерименти показали, що зниження кількості або втрата анкирина-Б у анкирин-Б (+/-) або анкирин-Б (-/-) кардиомиоцитах новонароджених призводить до 3-разового зниження періоду напіввиведення синтезованого InsP(3)R. Більше того, взаємодія з анкирином-Б вимагає стабільності рецепторів інозитол-трифосфату (IP3) як і анормального фенотипу InsP(3)R, включає помилкову локалізацію і зменшений період напіввиведення анкирин-Б (+/-) кардіоміоцитів, які можуть бути зафарбовані зеленим флюоресцентним протеїном (GFP)-220-kDa анкирин-Б, але не зміненим GFP-220-kDa анкирином-Б, який не пов’язаний з InsP(3)R. Для ранньої пост-трансляційної стабільності InsP(3)R необхідний молекулярний партнер7. IP3 рецептори є інтегральними білками SR мембрани, яка регулює вихід Ca+2 з внутрішньоклітинних запасів. Крім того, IP3 рецептори можуть грати роль у підтримці діастолічної функції і фізіологічної модуляції скорочувальної здатності міокарда у відповідь на різні лікарські засоби і гормони. IP3 рецептори синтезуються при гідролізі мембранних фосфоліпідів фосфатидилинозитол-бифосфата, катализируемого ферментом фосфатидилинозито-биофосфатом, що каталізується ферментом фосфолипазаой З в серце.
Mohler та співавт. відкрили 2 мутації (A1000P і DAR976AAA), локалізовані в домені ZU5, які пригнічують спектрин-зв’язує активнось анкирина-Б. При мутації анкирина-Б порушується його спектрин-зв’язувальна активність, при цьому мутантний білок розподіляється нормально, але не відновлює бета(2)-спектрин в анкирин-Б(+/-) кардиомиоцитах. Однак обидва мутантні форми анкирина-Б все ще здатні відновлювати локалізацію рецепторів інозитол 1,4,5-трифосфату і нормальну скоротливу частоту кардіоміоцитів. Таким чином, необхідна пряма зв’язок бета(2)-спектрина з анкирином-Б для нормального розподілу бета(2)-спектрина в неонатальних кардиомиоцитах.
На відміну від цього, локалізація і функція анкирина-Б не залежить від бета(2)-спектрина. Зв’язок між родинами анкирина і бета-спектрина, яка була встановлена раніше в еритроцитах і початковому сегменті аксонів, також виникає в неонатальних кардиомиоцитах – між анкирином-Б і бета(2)-спектрином. Є функціональна ієрархія при якій анкирин-Б визначає локалізацію бета(2)-спектрина і функціонує незалежно від бета(2)-спектрина в організації мембранних протеинов8.
Основні серцеві потенциалозависимые Na+ канали, Nav1.5, прямим чином пов’язані з анкирином-Р, який кодується геном, що відрізняється від гена анкирина-Б. Мутації Nav1.5, викликають порушення зв’язування з анкирином-Р призводять до розвитку синдрому Бругада і втрати розподілу Nav1.5 на клітинної поверхні кардіоміоцитів.
Анкирин-Р необхідний для експресії серцевих потенциалозависимых Na(v) каналів, Na(v)1.5, в спеціалізованих доменах мембран серцевих клітин. Зміни в SCN5A (кодує Na(v)1.5) у людини, які блокують взаємодію Na(v)1.5 з анкирином-Р призводять до порушення мембранної експресії Na(v)1.5 і синдрому Бругада. Всі ці результати недавніх досліджень підкреслюють важливість механізму дії анкирина в нормальної фізіології хребетних і піднімає нові хвилюючі питання про клітинної ролі анкирина в серцевих та інших збудливих клітинах. У той час як анкирины були лише нещодавно виявлені в серці, наше справжнє розуміння питання припускає, що найважливіша роль анкиринов в організації і прикріпленні білкових комплексів до збудження мембранним доменам проллє світло на молекулярний механізм серцевих аритмий9. В минулому десятилітті, вже була знайдена зв’язок між генетичними варіантами, які порушували біофізичні властивості каналів, і фатальними аритміями. Анкирины є сімейством «адаптують» білків, які грають найважливішу роль в експресії і мембранної локалізації іонних каналів і переносників у збудливих і невозбудимых клітинах. Недавні дослідження показали нову парадигму людських серцевих аритмій, засновану не на тому, що генні мутації впливають на біофізичні властивості каналів, а на тому, що мутації впливають на локалізацію іонних каналів і переносників збудливих серцевих мембран. Мутації в людському гені ANK2 пов’язані з «синдромом анкирина-Б» (атиповий аритмічна синдром з ризиком раптової серцевої смерті). Мутації в людському генотипі, при яких порушується механізм впливу анкирина-Р на локалізацію потенциалозависимых Na(v) каналів, були пов’язані із синдромом Бругада, другий за значимістю виникнення фатальних аритмій. Всі ці дані показують важливість молекулярного механізму клітинної організації мембранних доменів збудливих клітин. Це відкриває дослідне поле діяльності вивчення «каналопатий», що виникають внаслідок порушення локалізації та розподілу-прикріплення каналов10. Висновок
Недавні дослідження показали нову парадигму людських серцевих аритмій, засновану не на тому, що генні мутації впливають на біофізичні властивості каналів,
а на те, що мутації впливають на локалізацію іонних каналів і переносників збудливою серцевої мембрани. Аномалії клітинного анкиринового білка викликає фатальний аритмічна синдром. Мутації ANK2 в генотипі людини пов’язані з виникненням нового синдрому, названого «синдромом анкирина-Б», який представлений широким спектром клінічних презентацій: брадикардією, дисфункцією синусового вузла, шлуночковою тахікардією, ідіопатичною шлуночкову фібриляцію, катехоламинергической поліморфною шлуночковою тахікардією і раптовою серцевою смертю у відповідь на катехоламинергические стимули. Людські генні мутації, що впливають на механізм діяльності анкирина-Р на локалізацію потенциалозависимых Na(v) каналів, пов’язані із синдромом Бругада, другим за значимістю фатальним аритмичним синдромом. Це відкриває нове дослідницьке поле діяльності для вивчення «каналопатий», що виникають внаслідок порушення канальної локалізації та їх прикріплення. Серцеві аритмії, пов’язані з анкирином-Б і виникають внаслідок порушення клітинного розподілу-прикріплення протеїнів, є новим класом «каналопатий».
Література
Birkenmeier CS, Gifford EJ, Barker JE. Normoblastosis, a murine model for ankyrin-deficient hemolytic anemia, is caused by a hypomorphic mutation in the erythroid ankyrin gene Ank1. Hematol J. 2003;4: 445-449.
Mohler PJ, Bennett V. Ankyrin-based cardiac arrhythmias: a new class of channelopathies due to loss of cellular targeting. Curr Opin Cardiol. 2005; 20:189-193.
Mohler PJ, Rivolta I, Napolitano C, LeMaillet G, Lambert S, Priori SG, Bennett V. Nav1.5 E1053K mutation заподіяння Brugada syndrome blocks binding to ankyrin-G and expression of Nav1.5 on the surface of cardiomyocytes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004; 101:17533-17538.
Cai X, Zhang Y. Molecular evolution of the ankyrin gene family. Mol Товарbiol Evol. 2006; 23:550-558.
Yong S, Tian X, Wang Q. LQT4 gene: the «missing» ankyrin. Mol Interv. 2003; 3: 131-136.
Mohler PJ, Splawski I, Napolitano C, Bottelli G, Sharpe L, Timothy K, Priori SG, Keating MT, Bennett V. A cardiac arrhythmia syndrome caused by loss of ankyrin-B function. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004; 101:9137-142.
Mohler PJ, Davis JQ, Davis LH, Hoffman JA, Michaely P, Bennett V. Inositol 1, 4, 5-trisphosphate receptor localization and stability in neonatal cardiomyocytes requires interaction with ankyrin-B. J Товарbiol Chem. 2004; 279:12980-12987.
Mohler PJ, Yoon W, Bennett V. Ankyrin-B targets beta2-spectrin to an intracellular compartment in neonatal cardiomyocytes. J Товарbiol Chem. 2004;279:40185-93.
Cunha SR, Mohler PJ. Cardiac ankyrins: Essential components for development and maintenance of excitable membrane domains in heart. Cardiovasc Res. 2006; 71:22-29.
Mohler PJ. Ankyrins and Human Disease: What the Electrophysiologist Should Know. J Cardiovasc Electrophysiol. 2006 Jun 27; [Epub ahead of print
Medicus Amicus
