RYANODINE RECEPTOR (RyR)


Внутриклеточный Ca²⁺играет важную роль в регуляции концентрации Ca²⁺ в цитоплазме. Рианординовые рецепторы (RyR) составляют большой класс каналов, высвобождающих внутриклеточный Ca²⁺ в харнилищах Ca²⁺ и обусловливают Ca²⁺-индуцированное Ca²⁺ высвобождение (CICR).	RyR впервые были идентифицированы как CICR каналы и лучше всего были охарактеризованы в скелетных мышцах. Очищенные RyR белки формировали гомотетрамеры с характерной "foot" структурой, которая поддерживала щель между мембранами саркоплазматического ретикулема (SR) и поперечными тубулами. Мономер RyR состоит примерно из 5000 аминокислотных остатков с С-терминальной областью, формирующей канал и содержащей трансмембранные сегменты и большой цитоплазматической порцией, формирующей foot структуру. Идентифицировано несколько функциональных доменов в первичной RyR молекуле. Примерно 20% с-конца RyR достаточны для образования функционального Ca²⁺ высвобождающего канала помимо Ca²⁺- и рианодин-связывающих сайтов, необходимых для открытия канала, но не содержит сайт, связывающий Ca²⁺ с низким сродством, необходимый для инактивации канала. Сегмент примерно в 100 аминокислот, фланкирующеи остаток 1350 в foot области является критическим детерминантом для купирования возбуждения-когнтракции (excitation-contraction,E-C, coupling) Выявлено 3 субтипа Ryr (RyR-1,RyR-2,RyR-3), кодируемые разными генами у позвоночных. RyR-1 экспрессируется на высоком уровне в скелетных мышцах, RyR-2 - преимущественно в кардиомиоцитах, а RyR-3 экспрессируется на низких уровнях в различных типах клеток. Мыши с отсутствием RyR-1 погибают из-за аномалий скелетных мышц. У RyR-3 дефицитных мышей сохраняется нормальный Е-С coupling механизм, но снижается контрактильная реакция. Мыши с отсутствием RyR-2 погибают примерно на 10-й день эмбрионального развития. из-а аномалий сердечной тубки. Перед гибелью обнаруживается сильно вакуолизированный SR и структурно аномальные митохондрии в кардиомиоцитах. Вакуолизированные SR содержат высокие концентрации Ca²⁺. На ст. Е9.5 обнаруживаются спонтанные ритмические сокращения. Воздействие рианодином, который открывает RyR каналы не оказывает эффекта. Следовательно, отсуствует вклад RyR-2 в Е-С купирование в кардиальных миоцитах во время ранних эмбриональных стадий. Amedee des Georges, Oliver B. Clarke, Ran Zalk, Qi Yuan, Kendall J. Condon, Robert A. Grassucci, Wayne A. Hendrick, Andrew R., Joachim Frank Structural Basis for Gating and Activation of RyR1 Cell Volume 167, Issue 1, p145–157.e17, 22 September 2016 The type-1 ryanodine receptor (RyR1) is an intracellular calcium (Ca2+) release channel required for skeletal muscle contraction. Here, we present cryo-EM reconstructions of RyR1 in multiple functional states revealing the structural basis of channel gating and ligand-dependent activation. Binding sites for the channel activators Ca2+, ATP, and caffeine were identified at interdomain interfaces of the C-terminal domain. Either ATP or Ca2+ alone induces conformational changes in the cytoplasmic assembly (“priming”), without pore dilation. In contrast, in the presence of all three activating ligands, high-resolution reconstructions of open and closed states of RyR1 were obtained from the same sample, enabling analyses of conformational changes associated with gating. Gating involves global conformational changes in the cytosolic assembly accompanied by local changes in the transmembrane domain, which include bending of the S6 transmembrane segment and consequent pore dilation, displacement, and deformation of the S4-S5 linker and conformational changes in the pseudo-voltage-sensor domain. Ряд условий нарушает различные функции мышц тела, включая мышечную дистрофию. Однако, помимо того факта, что эти условия наследуются, мало известно о механизме их возникновения. Рианодиновые рецепторы (RyRs) это кальций высвобождающие каналыиз играющие роль в сокращениях скелетных мышц. В целом RyRs каналы высвобождают кальций, когда головной мозг посылает сигналы клеткам, которые изменяют напряжение в нем и это приводит к сокращению мышцы. Идентифицированы две основные категории рианодиновых рецепторов в мышцах: RyR1s, расположенные в клетках скелетных мышц, и RyR2s, расположенные мышечных клетках сердца. Предыдущие исследования 3D структуры RyR1 каналов использовали продвинутую ЭМ в комбинации с компьютерной моделью. Однако, был выявлен лишь канал в своем закрытом состоянии, через который не высвобождался кальций. В данном исследовании, используя высокого разрешения ЭМ, исследователи сделали видимыми RyR1 канал в его открытом состоянии и разные преобразованиия перед его открытием. Они оказались также способны протестировать эффект некоторых активаторов RyR1, включая АТФ и коффеин на кальциевый канал. Удалось установить, как функционирует канал в нормальных условиях и как нарушается его функция при болезнренных состояниях.Полученная информация существенно улучшает нашу способность создавать новые лекарства для лечения ряда мышечных заболеваний. Исследователи полагают, что эти находки важны, поскольку они могут привести к улучшению терапии разных мышечных нарушений. Лекарства целенаправленно воздействующие на RyR каналы с нарушенной функцией, которые повышают мышечную силу у животных, сегодня уже разработаны исследователями. Ожидается, что в следующем году начнутся клинические испытания на детях с мышечной дистрофией Дюшена и с RyR1 миопатией. Мы начинаем понимать, как лиганды регулируют активность рианодиновых рецепторов. Это может помочь в разработке улучшенного лечения болезней, связанных с RyR-обусловленным "протеканием" Ca2+.

RyR впервые были идентифицированы как CICR каналы и лучше всего были охарактеризованы в скелетных мышцах. Очищенные RyR белки формировали гомотетрамеры с характерной "foot" структурой, которая поддерживала щель между мембранами саркоплазматического ретикулема (SR) и поперечными тубулами. Мономер RyR состоит примерно из 5000 аминокислотных остатков с С-терминальной областью, формирующей канал и содержащей трансмембранные сегменты и большой цитоплазматической порцией, формирующей foot структуру. Идентифицировано несколько функциональных доменов в первичной RyR молекуле. Примерно 20% с-конца RyR достаточны для образования функционального Ca²⁺ высвобождающего канала помимо Ca²⁺- и рианодин-связывающих сайтов, необходимых для открытия канала, но не содержит сайт, связывающий Ca²⁺ с низким сродством, необходимый для инактивации канала. Сегмент примерно в 100 аминокислот, фланкирующеи остаток 1350 в foot области является критическим детерминантом для купирования возбуждения-когнтракции (excitation-contraction,E-C, coupling)

Выявлено 3 субтипа Ryr (RyR-1,RyR-2,RyR-3), кодируемые разными генами у позвоночных. RyR-1 экспрессируется на высоком уровне в скелетных мышцах, RyR-2 - преимущественно в кардиомиоцитах, а RyR-3 экспрессируется на низких уровнях в различных типах клеток. Мыши с отсутствием RyR-1 погибают из-за аномалий скелетных мышц. У RyR-3 дефицитных мышей сохраняется нормальный Е-С coupling механизм, но снижается контрактильная реакция.

Мыши с отсутствием RyR-2 погибают примерно на 10-й день эмбрионального развития. из-а аномалий сердечной тубки. Перед гибелью обнаруживается сильно вакуолизированный SR и структурно аномальные митохондрии в кардиомиоцитах. Вакуолизированные SR содержат высокие концентрации Ca²⁺. На ст. Е9.5 обнаруживаются спонтанные ритмические сокращения. Воздействие рианодином, который открывает RyR каналы не оказывает эффекта. Следовательно, отсуствует вклад RyR-2 в Е-С купирование в кардиальных миоцитах во время ранних эмбриональных стадий.

Amedee des Georges, Oliver B. Clarke, Ran Zalk, Qi Yuan, Kendall J. Condon, Robert A. Grassucci, Wayne A. Hendrick, Andrew R., Joachim Frank
Structural Basis for Gating and Activation of RyR1
Cell Volume 167, Issue 1, p145–157.e17, 22 September 2016

The type-1 ryanodine receptor (RyR1) is an intracellular calcium (Ca2+) release channel required for skeletal muscle contraction. Here, we present cryo-EM reconstructions of RyR1 in multiple functional states revealing the structural basis of channel gating and ligand-dependent activation. Binding sites for the channel activators Ca2+, ATP, and caffeine were identified at interdomain interfaces of the C-terminal domain. Either ATP or Ca2+ alone induces conformational changes in the cytoplasmic assembly (“priming”), without pore dilation. In contrast, in the presence of all three activating ligands, high-resolution reconstructions of open and closed states of RyR1 were obtained from the same sample, enabling analyses of conformational changes associated with gating. Gating involves global conformational changes in the cytosolic assembly accompanied by local changes in the transmembrane domain, which include bending of the S6 transmembrane segment and consequent pore dilation, displacement, and deformation of the S4-S5 linker and conformational changes in the pseudo-voltage-sensor domain.

Ряд условий нарушает различные функции мышц тела, включая мышечную дистрофию. Однако, помимо того факта, что эти условия наследуются, мало известно о механизме их возникновения. Рианодиновые рецепторы (RyRs) это кальций высвобождающие каналыиз играющие роль в сокращениях скелетных мышц.

В целом RyRs каналы высвобождают кальций, когда головной мозг посылает сигналы клеткам, которые изменяют напряжение в нем и это приводит к сокращению мышцы. Идентифицированы две основные категории рианодиновых рецепторов в мышцах: RyR1s, расположенные в клетках скелетных мышц, и RyR2s, расположенные мышечных клетках сердца.

Предыдущие исследования 3D структуры RyR1 каналов использовали продвинутую ЭМ в комбинации с компьютерной моделью. Однако, был выявлен лишь канал в своем закрытом состоянии, через который не высвобождался кальций.

В данном исследовании, используя высокого разрешения ЭМ, исследователи сделали видимыми RyR1 канал в его открытом состоянии и разные преобразованиия перед его открытием. Они оказались также способны протестировать эффект некоторых активаторов RyR1, включая АТФ и коффеин на кальциевый канал.

Удалось установить, как функционирует канал в нормальных условиях и как нарушается его функция при болезнренных состояниях.Полученная информация существенно улучшает нашу способность создавать новые лекарства для лечения ряда мышечных заболеваний.

Исследователи полагают, что эти находки важны, поскольку они могут привести к улучшению терапии разных мышечных нарушений. Лекарства целенаправленно воздействующие на RyR каналы с нарушенной функцией, которые повышают мышечную силу у животных, сегодня уже разработаны исследователями. Ожидается, что в следующем году начнутся клинические испытания на детях с мышечной дистрофией Дюшена и с RyR1 миопатией.

Мы начинаем понимать, как лиганды регулируют активность рианодиновых рецепторов. Это может помочь в разработке улучшенного лечения болезней, связанных с RyR-обусловленным "протеканием" Ca2+.