Влияние мутаций альфа-субъединицы калиевого канала Kv1.1, связанных с развитием эпилепсии, на функционирование гетеромерных каналов Kv1.1-Кv1.2

Потенциал-зависимые калиевые Kv1-каналы, содержащие α-субъединицы Kv1.1, широко представлены в центральном и периферических отделах нервной системы. Они являются важными регуляторами возбудимости нейронов. Kv1.1 может образовывать гомотетрамерный канал, но по опубликованным данным в клетках нервной системы доминируют Kv1-каналы, представляющие собой гетеротетрамерные комплексы α-субъединиц Kv1.1 с α-субъединицами близкородственных Kv1-каналов (в первую очередь, канала Kv1.2). Гетеротетрамеры Kv1.1-Kv1.2 по сравнению с гомотетрамерными каналами обладают измененными параметрами электрической активности, внутриклеточного транспорта и выноса в плазматическую мембрану. Мутации гена KCNA1, кодирующего Kv1.1, вызывают эпизодическую атаксию 1-го типа (EA1) ‒ аутосомно-доминантное заболевание, характеризующееся атаксией и миокимией, а в ряде случаев наличием судорожной активности. Некоторые мутации гена KCNA1 вызывают собственно эпилепсию и эпилептическую энцефалопатию. Свойства каналов, содержащих α-субъединицы Kv1.1 с такими мутациями (Kv1.1m) требуют детального изучения. Для установления функциональной роли этих генетических нарушений в патогенезе неврологических заболеваний необходимо исследование изменений активности как гомотетрамерных, так и гетеротетрамерных каналов, содержащих субъединицы Kv1.1m. Целью настоящего проекта является изучение в клетках млекопитающих свойств сконструированных методами биоинженерии гетеротетрамерных каналов Kv1.1m-Kv1.2, содержащих молекулярно-генетические маркеры эпилепсии. Для изучения выбраны мутации T226R и A261T, вызывающие эпизодическую атаксию 1-го типа с судорожным синдромом, и мутация P405S, вызывающая эпилепсию и эпилептическую энцефалопатию. Задачи проекта будут решаться на основе нового подхода, основанного на дизайне и экспрессии в клетках нейробластомы Neuro-2a флуоресцентно-меченых гетеротетрамерных каналов Kv1.1m-Kv1.2 человека. Будут исследованы факторы, определяющие патологическую активность мутантных каналов. Изменения электрической активности мутантных каналов будут изучены методом локальной фиксации потенциала. Влияние патогенных мутаций на способность α-субъединиц Kv1.1m образовывать гетеротетрамеры с α-субъединицами Kv1.2 будет исследовано методами FRET и аналитической конфокальной микроскопии. Изменение способности различных форм каналов с мутациями к встраиванию в клеточную мембрану будет изучено с помощью разработанных нами высокоаффинных флуоресцентно-меченых пептидных блокаторов гетеротетрамерных каналов Kv1.1-Kv1.2. Результаты выполнения проекта улучшат понимание молекулярных механизмов развития эпилепсии, будут способствовать совершенствованию диагностики и прогнозов развития заболевания, выработке индивидуальных терапевтических подходов к лечению с учетом данных генетического анализа. Исследования заложат основы создания клеточных систем для изучения возможности медикаментозной коррекции активности Kv1-каналов при патологических состояниях нервной системы и направленного дизайна новых лекарств, исправляющих нарушения, вызванные мутациями в Kv1.1.

6 Января 2025 года — 31 Декабря 2027 года

Некрасова О.В. (рук.)

Лаборатория инженерии белка

Грант, РНФ

Список публикаций по проекту

  1. Kudryashova K, Filippova E, Kryukova E, Kazakov O, Ziganshin R, Starkov V, Nekrasova O, Tsetlin V, Feofanov A, Utkin Y (2025). Diverse β-bungarotoxin isoforms manifest different affinities to voltage-gated potassium channels of Kv1.x subfamily. Arch Biochem Biophys 769, 110437
  2. Ignatova AA, Efremenko AV, Abramochkin DV, Dzhumaniiazova I, Shmatin II, Kirpichnikov MP, Feofanov AV, Nekrasova OV (2025). Properties of Heterochannels Kv(1.1-1.2)2 with Mutation T226R in the Kv1.1 Subunit. Int J Mol Sci 26 (19), 9730
  3. Efremenko AV, Dzhumaniiazova I, Abramochkin DV, Shmatin II, Korabeynikova VN, Kryukova EV, Kirpichnikov MP, Feofanov AV, Nekrasova OV (2026). Influence of Mutant Alpha-Subunit Kv1.1(A261T) on the Properties of the Heterotetrameric Channel Kv1.1-Kv1.2. Russ. J. Bioorganic Chem. 52 (3), 67