Utilizzando un modello di computer, ricercatori della North Carolina State University e dell'Università dell'Illinois a Chicago hanno rivelato l'effetto di un aumento della quantità di colesterolo su uno specifico canale ionico coinvolto nella regolazione dei livelli di potassio nel cuore. Il lavoro getta ulteriore luce sulle interazioni tra colesterolo e funzione cardiaca e potrebbe avere un impatto sulle future terapie cardiache.

I canali ionici sono proteine ​​situate all'interno di una membrana cellulare che controllano il trasporto di ioni tra l'ambiente circostante di una cellula e l'interno della cellula. La corrente elettrica che consente al muscolo cardiaco di contrarsi è il prodotto di una serie di trasferimenti di ioni attraverso la membrana cellulare. Ogni cellula cardiaca ha canali ionici nella membrana che trasportano uno specifico atomo carico, come calcio, sodio, o potassio, dall'ambiente esterno nella cellula cardiaca.

Belinda Akpa, assistente professore di biologia sintetica e dei sistemi integrata e ingegneria elettrica e informatica presso NC State e co-autore corrispondente di un articolo che descrive la ricerca, ha esaminato l'effetto delle molecole di colesterolo su un particolare canale ionico, chiamato Kir2, che regola il trasferimento di potassio nelle cellule cardiache.

"Il colesterolo non è di per sé una cosa negativa, " Akpa dice. "E 'sempre presente nella membrana cellulare. Quando i livelli di colesterolo cambiano cominciamo ad avere problemi. Dato che il colesterolo è qualcosa come il 30 percento di una normale membrana, volevamo capire perché un aumento relativamente piccolo, che va da circa il 30 al 40 percento, fa improvvisamente andare male le cose".

Akpa, Università di Chicago all'Illinois Ph.D. studente Nicolas Barbera, e l'autrice corrispondente Irena Levitan, professore di medicina, farmacologia, e bioingegneria presso l'Università dell'Illinois a Chicago, ha utilizzato la modellazione al computer per rivelare i modi in cui le molecole di colesterolo interagiscono con il canale ionico Kir2. Hanno scoperto che mentre le singole molecole di colesterolo non si legano fortemente al canale Kir2, l'aumento dei livelli di colesterolo ha reso queste interazioni più numerose, sostanzialmente sovraccaricare il canale.

Le proteine ​​e le piccole molecole spesso interagiscono come serrature e chiavi, dove solo una molecola specifica può inserirsi in una particolare regione della proteina. Queste interazioni fanno sì che la proteina cambi forma, nel caso di Kir2, il colesterolo che scivola in queste regioni interferisce con i tentativi della proteina di aprirsi o chiudersi per consentire agli ioni di potassio di entrare in una cellula cardiaca. Nel loro modello, Akpa, Barbera e Levitan hanno identificato quattro "lucchetti" sul canale ionico Kir2 che le molecole di colesterolo hanno tentato di occupare.

"Il colesterolo potrebbe effettivamente appartenere ad alcune di queste serrature, ma lo vediamo anche provare a trasferirsi in posti che probabilmente dovrebbero essere non occupati, che interferisce con la capacità della proteina di cambiare forma in modo da consentirle di aprirsi e chiudersi normalmente, " dice Akpa. "Questo è un problema perché le cellule richiedono canali ionici per orchestrare una sofisticata coreografia di ioni che entrano ed escono in momenti diversi. Essenzialmente, è come prendere una sinfonia di scambi ionici e inserire una nota sbagliata."

Il lavoro futuro del team si concentrerà specificamente su come il colesterolo aggiuntivo modifica la capacità della proteina di aprirsi e chiudersi.

L'opera appare in Giornale Biofisico .