Главное в материале

  • BK-каналы пропускают ионы калия в 10-20 раз легче других калиевых каналов; проводимость растет по мере эволюционного приближения вида к млекопитающим.
  • Слабые каналы приходится открывать в большем числе, они конкурируют за кальций, а момент появления спайка «плавает».
  • Модель проверена только на клетках Пуркинье мозжечка и признана авторами упрощенной.

Возможный ответ на давний вопрос нейробиологии

С начала 1980-х годов нейробиологи пытались понять, зачем нервным клеткам нужны BK-каналы (Big Potassium, «большой калий»), пропускающие ионы калия в 10-20 раз легче любых других каналов этого типа. Возможный ответ нашла команда Окинавского института науки и технологий во главе с Эриком Де Шуттером; результаты опубликованы в журнале Communications Biology. Нервные клетки обмениваются короткими электрическими разрядами — спайками, и от точности их синхронизации зависят управление движениями, память и обработка ощущений. Устройство BK-каналов давно описано, однако их эволюционное назначение оставалось неясным. Кроме того, проводимость различалась между видами: самые мощные каналы — у млекопитающих и птиц, у моллюсков и насекомых они заметно слабее.

Эволюционное дерево и моделирование

Де Шуттер вместе с эволюционистами Томасом Бургиньоном и Симоном Хеллемансом нанес проводимость BK-каналов на эволюционное дерево животных, опираясь на геномные данные и прежние измерения: чем ближе вид к млекопитающим, тем мощнее его каналы. Затем в программе молекулярного моделирования STEPS исследователи воспроизвели работу каналов разной мощности с учетом концентрации кальция — четыре его иона открывают каждый BK-канал.

Ловушка слабых каналов

Расчеты показали «ловушку» слабых каналов: чтобы пропустить столько же калия, их приходится открывать гораздо больше, из-за чего они конкурируют друг с другом за кальций, которого не хватает. Мощным каналам птиц и млекопитающих это не грозит. При слабой проводимости также размывается момент появления спайка — время его рождения «плавает». «Мы предполагаем, что именно точность времени спайков стала ключевым эволюционным давлением, подтолкнувшим рост проводимости каналов у млекопитающих. По мере усложнения движений субмиллисекундная точность стала необходимой», — объяснил Де Шуттер.

Ограничения и значение работы

Авторы признают модель упрощенной: работу каналов проверяли на одном типе нейронов — клетках Пуркинье мозжечка, участвующих в управлении движениями. Поскольку BK-каналы встречаются во многих тканях и влияют, например, на сокращение мышц, выводы могут пригодиться не только нейробиологам, но и клеточным биологам и эволюционистам.