1 tipo rianodino receptorius (RyR1) yra svarbus kalcio išsiskyrimo kanalas skeleto raumenyse, būtinas raumenų susitraukimui. Jis tarpininkauja kalcio išsiskyrimui iš sarkoplazminio tinklo, kalcį kaupiančios organelės raumenų ląstelėse, o tai yra būtinas raumenų funkcijai procesas.
RyR1 geno mutacijos gali paveikti kanalo funkciją itin priešingai, sukeldamos sunkias raumenų ligas, tokias kaip piktybinė hipertermija (MH) ir centrinės šerdies liga (CCD). MH yra paveldima liga, sukelianti aukštą karščiavimą ir raumenų kontraktūras, reaguojant į inhaliacinius anestetikus pacientams, sergantiems RyR1 variantais.
CCD yra viena iš paveldimų miopatijų, sukeliančių raumenų silpnumą ir miopatiją dėl funkcijos praradimo RyR1 variantų. Šie efektai pabrėžia lemiamą RyR1 vaidmenį ir optimalų kalcio kanalų veikimą raumenų sveikatai.
Nors naujausi tyrimai buvo skirti dideliam RyR1 citoplazminiam regionui, kuriame randama daug su liga susijusių mutacijų, specifinis penktojo transmembraninio segmento (S5) vaidmuo kanalų užtvaroje ir raumenų ligų patogenezėje nebuvo gerai suprantamas. Laimei, naujame tyrime, paskelbtame 2024 m. rugsėjo 18 d Ryšių biologija tyrėjai iš Japonijos išsprendė šią žinių spragą tirdami, kaip RyR1 S5 segmento mutacijos prisideda prie MH ir CCD.
Mokslininkų komanda, kurią sudaro docentas Takashi Murayama ir docentas Nagomi Kurebayashi iš Juntendo universiteto ir docentas Haruo Ogawa su absolventu Yuya Otori iš Kioto universiteto, siekė išsiaiškinti, kaip S5 mutacijos sukelia raumenų sutrikimus.
„S5 segmentas yra labai svarbus porų formavimuisi RyR1 kanale. Tačiau literatūroje aptikome daugybę su liga susijusių mutacijų S5, kurios paskatino mus ištirti S5 segmento vaidmenį reguliuojant RyR1 kanalą”, – aiškina docentas prof. Takashi Murayama.
Tyrėjai panaudojo HEK293 ląsteles (dažniausiai naudojamą žmogaus embriono inkstų ląstelių liniją), sukurtas RyR1 baltymams ekspresuoti su specifinėmis mutacijomis. Jie išmatavo kofeino sukeltą kalcio išsiskyrimą, kad įvertintų mutacijų poveikį kalcio išsiskyrimo dinamikai.
Be to, jie stebėjo ramybės būsenos citoplazminio ir endoplazminio tinklo (ER) kalcio kiekį, naudodami atitinkamai Fluo-4 AM (žaliai fluorescuojantį kalcio indikatorių) ir R-CEPIA1er (genetiškai užkoduotą kalcio indikatorių). (3H) Ryanodino surišimo tyrimai buvo atlikti siekiant įvertinti RyR1 kanalų surišimo afinitetą ir aktyvumą. Be to, kalcio išsiskyrimui RyR1 kanale įvertinti buvo naudojama depolarizacijos sukelto kalcio išsiskyrimo (DICR) platforma.
Tyrimas buvo sutelktas į mutacijas RyR1 S5 ir S5-S6 regionuose, nustatant tris mutacijas, susijusias su MH, ir aštuonias, susijusias su CCD. MH mutantams jie pastebėjo padidėjusį jautrumą kofeinui, padidėjusį ramybės citoplazmos kalcio kiekį ir sumažėjusį ER kalcio kiekį. Ryanodino surišimo ir DICR tyrimai patvirtino padidėjusį kanalo aktyvumą. Priešingai, CCD mutantai pasižymėjo funkcijos praradimo fenotipu, pasižyminčiu sumažėjusiu jautrumu kofeinui, minimaliu kalcio išsiskyrimu, slopintu rianodino surišimu ir sumažėjusiu DICR.
Pažymėtina, kad kai kurie CCD mutantai neparodė aptinkamo kanalo aktyvumo, nepaisant patvirtintos ekspresijos, o tai rodo labai sutrikusią kanalo funkciją. RyR1 kanalo struktūrą ir minėtas mutacijas galima vizualizuoti autorių sukurtame vaizdo įraše.
Tada rezultatai buvo interpretuojami atsižvelgiant į RyR1 struktūras. Tyrėjai nustatė keletą galimų sąveikų tarp likučių, atsakingų už su liga susijusias mutacijas, ir kitų transmembraninių segmentų. Šių sąveikų svarba buvo patvirtinta mutavus sąveikos partneriams.
Docentas Haruo Ogawa sako: „Mes atradome naują RyR1 reguliavimo mechanizmą, kuriame S5 segmentas atlieka dvigubą vaidmenį kanalų blokavime, ir išsiaiškinome molekulinius kanalų pokyčių dėl su liga susijusių mutacijų mechanizmus.”
Šis tyrimas paaiškina, kaip S5 mutacijos veikia kanalo funkciją, taip pagerindamos supratimą apie kalcio signalizaciją raumenų fiziologijoje. Aiškindami galimus dabartinio tyrimo padarinius, docentai. Murayama ir Ogawa dalijasi: „Mūsų tyrimų rezultatai suteikia naujų įžvalgų kuriant naujus vaistus, skirtus gydyti raumenų ligas, kurias sukelia RyR1 mutacijos“.
Teikia Juntendo universiteto tyrimų skatinimo centras