HPC đem lại những cái nhìn mới vào cấu trúc và chức năng của các kênh ion
Một nhóm nghiên cứu quốc tế, trong đó có các nhà khoa học ở TU Darmstadt (Đức) đã có thêm những cái nhìn mới vào cấu trúc protein và chức năng của các kênh ion kiểm soát nhịp tim.
Kết quả này hiện mới được xuất bản trên tạp chí Molecular Cell, “Gating movements and ion permeation in HCN4 pacemaker channels”, và có thể đóng góp vào sự phát triển của thuốc tim với ít các tác dụng phụ hơn 1.
Chúng ta đều biết đến cảm giác này: khi nhận được quá nhiều sự kích thích hoặc uống một cốc cà phê đặc, trái tim của chúng ta bắt đầu đập thình thịch. Trải nghiệm mỗi ngày này đã được các nhà sinh học hoặc bác sĩ tim mạch biết đến rất nhiều ở cấp đô phân tử trong nhiều năm qua. Việc tập trung vào các dạng dặc biệt của các kênh ion được biết đến với tên gọi các kênh HCN, hoạt động của chúng có thể được kiểm soát bằng rất nhiều tín hiệu tế bào. Khoảng cách giữa các hành động thành công dài hơn hoặc ngắn hơn phụ thuộc vào hoạt động của kênh này. Điều này cũng làm tăng hay giảm tần suất nhịp tim. Kênh HCN có tầm quan trọng với hoạt động thể chất của con người. Rối loạn nhịp tim xuất hiện ngay sau khi kênh này dừng hoạt động, và trong những trường hợp nghiêm trọng thì tức thời phải có một cái máy tạo nhịp tim điện tử để đảm nhiệm nhiệm vụ của kênh này.
Với sự tham gia của các nhóm nghiên cứu của giáo sư Gerhard Thiel và giáo sư Kay Hamacher của Khoa Sinh học trường TU Darmstadt, các phòng thí nghiệm của giáo sư Anna Moroni (trường đại học Milan) và tiến sĩ Bina Santoro (trường đại học Columbia, New York) đã trình bày về cấu trúc protein và chức năng của những dạng tương tự kênh HCN hoạt động trong nút xoang tim ở ấn bản mới nhất của tạp chí Molecular Cell. Các cấu trúc có độ phân giải cao này, với hỗ trợ của kính hiển vi điện tử cryo, đã chứng tỏ nhiều chi tiết còn chưa từng biết đến trước đây trong cấu trúc của protein kênh ở độ phân giải nguyên tử, và cho phép rút ra kết luận về các đặc tính chức năng của nó. Tuy nhiên, điều đáng chú ý hơn nữa là việc họ nhận ra một số cấu trúc kênh ở trạng thái mở, tức là trạng thái dẫn ion.
Với việc sử dụng mô phỏng động lực phân tử trên máy tính Lichtenberg, một hệ máy tính hiệu năng cao tại trường đại học TU Darmstadt, Daniel Bauer, nghiên cứu sinh của nhóm nghiên cứu Hamacher, đã tìm hiểu chức năng của kênh HCN. Phương pháp này cho phép chúng ta xem xét protein hoạt động như nó vốn có.
Các hiểu biết sâu sắc về chức năng của protein kênh này được bổ sung từ các mô phỏng đều rất đáng chú ý. Nó chứng tỏ rằng, không như ion kali liên quan (kênh K+ ), kênh HCN không có lỗ xốp để chuyển ion nhưng – phụ thuộc vào việc liệu muối (Na+) hay các ion kali đượ vận chuyển qua kênh này – sự thích ứng về mặt động lực với kích thước của ion được vận chuyển. Đây là bước đi sơ khởi để giải thích cơ chế cho phép kênh HCN chuyển đi không chỉ K+ – vốn quan trọng cho chức năng của chúng – mà còn cả Na+ .
Sự kết hợp của cái nhìn thấu suốt về mặt thực nghiệm của cấu trúc và các mô phỏng máy tính là một cách tiếp cận lý tưởng để hiểu tốt hơn về chức năng của protein, và để phát triển các loại biệt dược cho điều trị bệnh loạn nhịp tim. Những hiệu ứng bất lợi và tác dụng phụ của các loại thuốc hiện hành có lẽ ngăn cản các nhà chuyên môn hiểu sâu hơn về các kênh dẫn đến những thệ hệ thuốc mới.
Thanh Phương dịch
Nguồn:https://phys.org/news/2021-07-high-performance-insights-function-ion-channels.html
————-
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276521004469?via%3Dihub
