Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54819 10.29039/rusjbpc.2022.0483 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике PECULIARITIES OF SALICYLIC ACID AND ASPIRIN BINDING TO ACID-SENSITIVE ION CHANNELS OF TRICHOPLAX ADHAERENS Особенности связывания салициловой кислоты и аспирина с кислото-чувствительными ионными каналами Trichoplax adhaerens Кузнецов А. В. Kuznetsov A. V. kuznet61@gmail.com Курченко В. М. Kurchenko V. M. Воронин Д. П. Voronin D. P. Завьялова О. С. Zavyalova O. S. Центр дополнительного образования «Малая академия наук» Севастополь Россия Center for Additional Education "Small Academy of Sciences" Sevastopol Russian Federation Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН Севастополь Россия A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the South Seas of the RAS Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation 25 03 2022 25 03 2022 7 1 50 60 20 03 2022 20 03 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54819/view

Кислото-чувствительные ионные каналы (ASICs) представляют семейство мембранных трёх-субъединичных белков DEG/ENaC, проводящих ионы Na+, которые встречаются у представителей многих таксономических групп [1]. DEG/EnaC-каналы включают такие структурные домены, как ладонь, β-шар, костяшка, указательный палец, большой палец и запястье [2]. Будучи каналами с протонной регуляцией, они участвуют во многих физиологических процессах, когда изменяется pH внеклеточной среды [3]. Каналы DEG/ENaC связаны с широким спектром клеточных функций, как ощущение боли и эпителиальный транспорт Na+ [4]. Эти каналы обладают различными свойствами стробирования, от почти постоянного открытия до быстрой инактивации, поэтому с нарушением работы этих каналов связано большое число патологий [5]. Традиционно изучение функций этих каналов осуществляли с применением токсинов [6]. Мы обнаружили 9 генов кислото-чувствительных ионных каналов и 12 гомологов с неизвестной функцией в геноме трихоплакса Trichoplax adhaerens, две аминокислотные последовательности, из которых (QEP99390.1 и XP_002115321.1) были свёрнуты в пространственные модели и использованы для докинга амилорида, аспирина и салициловой кислоты. Салицилаты имеют множественные сайты связывания на кислото-чувствительных рецепторах трихоплакса, в том числе в кислотном кармане – сенсоре протонов, что предполагает их возможное использование для модуляции активности ASIC-каналов трихоплакса.

Acid-sensitive ion channels (ASICs) represent a family of membrane three subunits' DEG/ENaC proteins that transport Na+ ions and are found in representatives of many taxonomic groups [1]. DEG/EnaC channels include such structural domains as the palm, β-ball, knuckle, finger, thumb and wrist [2]. They are involved in many physiological processes as proton-regulated channels, when the pH of the extracellular environment changes [3]. DEG/ENaC channels are associated with a wide range of cellular functions, such as pain sensation and epithelial Na+ transport [4]. These channels have different gating properties, from almost constant opening to rapid inactivation, so numerous pathologies are associated with damage to these channels [5]. Traditionally, the functions of these channels have been studied using toxins [6]. We found 9 acid-sensitive ion channel genes and 12 homologs with unknown function in the Trichoplax adhaerens genome, of which two amino acid sequences (QEP99390.1 and XP_002115321.1) were folded into 3D-models and used to dock amiloride, aspirin and salicylic acid. Salicylates have multiple binding sites on the acid-sensitive trichoplax receptors, including the acid pocket that is a proton sensor, which suggests their possible application in modulating the activity of the ASIC-channels of T. adhaerens.

 Placozoa геном ASIC-каналы гомологии фолдинг докинг Placozoa genome ASIC channels homology folding docking Работа выполнена в рамках проекта Сириус «Трихоплакс для бионики II»

Wichmann L., Althaus M. Evolution of epithelial sodium channels: current concepts and hypotheses. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2020, vol. 319, no. 4, pp. 387-400, doi: 10.1152/ajpregu.00144.2020. Wichmann L., Althaus M. Evolution of epithelial sodium channels: current concepts and hypotheses. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2020, vol. 319, no. 4, pp. 387-400, doi: 10.1152/ajpregu.00144.2020. Jasti J., Furukawa H., Gonzales E.B., Gouaux E. Structure of acid-sensing ion channel 1 at 1.9 A resolution and low pH. Nature, 2007, vol. 449, no. 7160, pp. 316-323, doi: 10.1038/nature06163. Jasti J., Furukawa H., Gonzales E.B., Gouaux E. Structure of acid-sensing ion channel 1 at 1.9 A resolution and low pH. Nature, 2007, vol. 449, no. 7160, pp. 316-323, doi: 10.1038/nature06163. González-Inchauspe C., Gobetto M.N., Uchitel O.D. Modulation of acid sensing ion channel dependent protonergic neurotransmission at the mouse calyx of Held. Neuroscience, 2020, vol. 439, pp. 195-210, doi: 10.1016/j.neuroscience.2019.04.023. González-Inchauspe C., Gobetto M.N., Uchitel O.D. Modulation of acid sensing ion channel dependent protonergic neurotransmission at the mouse calyx of Held. Neuroscience, 2020, vol. 439, pp. 195-210, doi: 10.1016/j.neuroscience.2019.04.023. Hanukoglu I., Hanukoglu A. Epithelial sodium channel (ENaC) family: Phylogeny, structure-function, tissue distribution, and associated inherited diseases. Gene, 2016, vol. 579, no. 2, pp. 95-132, doi: 10.1016/j.gene.2015.12.061. Hanukoglu I., Hanukoglu A. Epithelial sodium channel (ENaC) family: Phylogeny, structure-function, tissue distribution, and associated inherited diseases. Gene, 2016, vol. 579, no. 2, pp. 95-132, doi: 10.1016/j.gene.2015.12.061. Radu B.M., Banciu A., Banciu D.D., Radu M. Acid-Sensing Ion Channels as Potential Pharmacological Targets in Peripheral and Central Nervous System Diseases. Adv. Protein. Chem. Struct. Biol., 2016, vol. 103, pp. 137-167, doi: 10.1016/bs.apcsb.2015.10.002. Radu B.M., Banciu A., Banciu D.D., Radu M. Acid-Sensing Ion Channels as Potential Pharmacological Targets in Peripheral and Central Nervous System Diseases. Adv. Protein. Chem. Struct. Biol., 2016, vol. 103, pp. 137-167, doi: 10.1016/bs.apcsb.2015.10.002. Cristofori-Armstrong B., Rash L.D. Acid-sensing ion channel (ASIC) structure and function: Insights from spider, snake and sea anemone venoms. Neuropharmacology, 2017, pp. 173-184, doi: 10.1016/j.neuropharm.2017.04.042. Cristofori-Armstrong B., Rash L.D. Acid-sensing ion channel (ASIC) structure and function: Insights from spider, snake and sea anemone venoms. Neuropharmacology, 2017, pp. 173-184, doi: 10.1016/j.neuropharm.2017.04.042. Gründer S., Pusch M. Biophysical properties of acid-sensing ion channels (ASICs). Neuropharmacology, 2015, vol. 94, pp. 9-18, doi: 10.1016/j.neuropharm.2014.12.016. Gründer S., Pusch M. Biophysical properties of acid-sensing ion channels (ASICs). Neuropharmacology, 2015, vol. 94, pp. 9-18, doi: 10.1016/j.neuropharm.2014.12.016. Gründer S., Geissler H.S., Bässler E.L., Ruppersberg J.P. A new member of acid-sensing ion channels from pituitary gland. Neuroreport, 2000, vol. 11, no. 8, pp. 1607-11, doi: 10.1097/00001756-200006050-00003. Gründer S., Geissler H.S., Bässler E.L., Ruppersberg J.P. A new member of acid-sensing ion channels from pituitary gland. Neuroreport, 2000, vol. 11, no. 8, pp. 1607-11, doi: 10.1097/00001756-200006050-00003. Sluka K.A., Winter O.C., Wemmie J.A. Acid-sensing ion channels: A new target for pain and CNS diseases. Curr. Opin. Drug Discov. Devel., 2009, vol. 12, no. 5, pp. 693-704. Sluka K.A., Winter O.C., Wemmie J.A. Acid-sensing ion channels: A new target for pain and CNS diseases. Curr. Opin. Drug Discov. Devel., 2009, vol. 12, no. 5, pp. 693-704. Baron A., Lingueglia E. Pharmacology of acid-sensing ion channels - Physiological and therapeutical perspectives. Neuropharmacology, 2015, vol. 94, pp. 19-35, doi: 10.1016/j.neuropharm.2015.01.005. Baron A., Lingueglia E. Pharmacology of acid-sensing ion channels - Physiological and therapeutical perspectives. Neuropharmacology, 2015, vol. 94, pp. 19-35, doi: 10.1016/j.neuropharm.2015.01.005. Baconguis I., Bohlen C.J., Goehring A., Julius D., Gouaux E. X-ray structure of acid-sensing ion channel 1-snake toxin complex reveals open state of a Na(+)-selective channel. Cell, 2014, vol. 13, no. 156, pp. 717-729, doi: 10.1016/j.cell.2014.01.011. Baconguis I., Bohlen C.J., Goehring A., Julius D., Gouaux E. X-ray structure of acid-sensing ion channel 1-snake toxin complex reveals open state of a Na(+)-selective channel. Cell, 2014, vol. 13, no. 156, pp. 717-729, doi: 10.1016/j.cell.2014.01.011. Yang H., Yu Y., Li W.G., Yu F., Cao H., Xu T.L., Jiang H. Inherent dynamics of the acid-sensing ion channel 1 correlates with the gating mechanism. PLoS Biol., 2009, vol. 7, no. 7, e1000151, doi: 10.1371/journal.pbio.1000151. Yang H., Yu Y., Li W.G., Yu F., Cao H., Xu T.L., Jiang H. Inherent dynamics of the acid-sensing ion channel 1 correlates with the gating mechanism. PLoS Biol., 2009, vol. 7, no. 7, e1000151, doi: 10.1371/journal.pbio.1000151. Schleicherová D., Dulias K., Osigus H.J., Paknia O., Hadrys H., Schierwater B. The most primitive metazoan animals, the placozoans, show high sensitivity to increasing ocean temperatures and acidities. Ecol. Evol., 2017, vol. 7, no. 3, pp. 895-904, doi: 10.1002/ece3.2678. Schleicherová D., Dulias K., Osigus H.J., Paknia O., Hadrys H., Schierwater B. The most primitive metazoan animals, the placozoans, show high sensitivity to increasing ocean temperatures and acidities. Ecol. Evol., 2017, vol. 7, no. 3, pp. 895-904, doi: 10.1002/ece3.2678. Elkhatib W., Smith C.L., Senatore A. A Na(+) leak channel cloned from Trichoplax adhaerens extends extracellular pH and Ca(2+) sensing for the DEG/ENaC family close to the base of Metazoa. J. Biol. Chem., 2019, vol. 294, no. 44, pp. 16320-16336, doi: 10.1074/jbc.RA119.010542. Elkhatib W., Smith C.L., Senatore A. A Na(+) leak channel cloned from Trichoplax adhaerens extends extracellular pH and Ca(2+) sensing for the DEG/ENaC family close to the base of Metazoa. J. Biol. Chem., 2019, vol. 294, no. 44, pp. 16320-16336, doi: 10.1074/jbc.RA119.010542. Dorofeeva N.A., Barygin O.I., Staruschenko A., Bolshakov K.V., Magazanik L.G. Mechanisms of non-steroid anti-inflammatory drugs action on ASICs expressed in hippocampal interneurons. J. Neurochem., 2008, vol. 106, no. 1, pp. 429-441, doi: 10.1111/j.1471-4159.2008.05412.x. Dorofeeva N.A., Barygin O.I., Staruschenko A., Bolshakov K.V., Magazanik L.G. Mechanisms of non-steroid anti-inflammatory drugs action on ASICs expressed in hippocampal interneurons. J. Neurochem., 2008, vol. 106, no. 1, pp. 429-441, doi: 10.1111/j.1471-4159.2008.05412.x. Булков В.А., Савченко Е.В., Кузнецов А.В. Placozoa как лакмусовая бумажка закисления океанов. «Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2021», материалы XVI Междунар. науч. конф., г. Севастополь, 13-17 сентября 2021 г., с. 206-207. Bulkov V.A., Savchenko E.V., Kuznetsov A.V. Placozoa as a litmus test for ocean acidification. Proceedings of XVI International Scientific Conference «Modern trends in biological physics and chemistry. BPPC-2021», Sevastopol, 2021, pp. 206-207. (In Russ.) Srivastava M., Begovic E., Chapman J., Putnam N.H., Hellsten U., Kawashima T., Kuo A., Mitros T., Salamov A., Carpenter M.L., Signorovitch A.Y., Moreno M.A., Kamm K., Grimwood J., Schmutz J., Shapiro H., Grigoriev I.V., Buss L.W., Schierwater B., Dellaporta S.L., Rokhsar D.S. The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature, 2008, vol. 454, no. 7207, pp. 955-960, doi: 10.1038/nature07191. Srivastava M., Begovic E., Chapman J., Putnam N.H., Hellsten U., Kawashima T., Kuo A., Mitros T., Salamov A., Carpenter M.L., Signorovitch A.Y., Moreno M.A., Kamm K., Grimwood J., Schmutz J., Shapiro H., Grigoriev I.V., Buss L.W., Schierwater B., Dellaporta S.L., Rokhsar D.S. The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature, 2008, vol. 454, no. 7207, pp. 955-960, doi: 10.1038/nature07191. Madeira F., Park Y.M., Lee J., Buso N., Gur T., Madhusoodanan N., Basutkar P., Tivey A.R.N., Potter S.C., Finn R.D., Lopez R. The EMBL-EBI search and sequence analysis tools APIs in 2019. Nucleic Acids Res., 2019, vol. 47, no. 1, pp. 636-641, doi: 10.1093/nar/gkz268. Madeira F., Park Y.M., Lee J., Buso N., Gur T., Madhusoodanan N., Basutkar P., Tivey A.R.N., Potter S.C., Finn R.D., Lopez R. The EMBL-EBI search and sequence analysis tools APIs in 2019. Nucleic Acids Res., 2019, vol. 47, no. 1, pp. 636-641, doi: 10.1093/nar/gkz268. Kelley L.A., Mezulis S., Yates C.M., Wass M.N., Sternberg M.J. The Phyre2 web portal for protein modeling, prediction and analysis. Nat Protoc., 2015, vol. 10, no. 6, pp. 845-858, doi: 10.1038/nprot.2015.053. Kelley L.A., Mezulis S., Yates C.M., Wass M.N., Sternberg M.J. The Phyre2 web portal for protein modeling, prediction and analysis. Nat Protoc., 2015, vol. 10, no. 6, pp. 845-858, doi: 10.1038/nprot.2015.053. Bitencourt-Ferreira G., de Azevedo W.F. Jr. Docking with SwissDock. Methods Mol Biol., 2019, vol. 2053, pp. 189-202, doi: 10.1007/978-1-4939-9752-7_12. Bitencourt-Ferreira G., de Azevedo W.F. Jr. Docking with SwissDock. Methods Mol Biol., 2019, vol. 2053, pp. 189-202, doi: 10.1007/978-1-4939-9752-7_12. Sayle R., Milner-White E.J. RasMol: Biomolecular graphics for all. Trends Biochem Sci., 1995, vol. 20, no. 9, pp. 374, doi: 10.1016/s0968-0004(00)89080-5. Sayle R., Milner-White E.J. RasMol: Biomolecular graphics for all. Trends Biochem Sci., 1995, vol. 20, no. 9, pp. 374, doi: 10.1016/s0968-0004(00)89080-5. Baconguis I., Gouaux E. Structural plasticity and dynamic selectivity of acid-sensing ion channel-spider toxin complexes. Nature, 2012, vol. 20, no. 489, pp. 400-405, doi: 10.1038/nature11375. Baconguis I., Gouaux E. Structural plasticity and dynamic selectivity of acid-sensing ion channel-spider toxin complexes. Nature, 2012, vol. 20, no. 489, pp. 400-405, doi: 10.1038/nature11375. Хавронюк И.С., Мамонтов А.А., Булков В.А., Воронин Д.П., Кузнецов А.В. Присваивание функций опсинам трихоплаксов Trichoplax adhaerens и Trichoplax sp. H2. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2021, т. 6, № 4, с. 686-694. Khavronyuk I.S., Mamontov A.A., Burkov V.A., Voronin D.P., Kuznetsov A.V. Assignment of functions to opsins of Trichoplax Trichoplax adhaerens and Trichoplax sp. H2. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2021, vol. 6, no. 4, pp. 686-694. (In Russ.) Yoder N., Yoshioka C., Gouaux E. Gating mechanisms of acid-sensing ion channels. Nature, 2018, vol. 15, no. 555, pp. 397-401, doi: 10.1038/nature25782. Yoder N., Yoshioka C., Gouaux E. Gating mechanisms of acid-sensing ion channels. Nature, 2018, vol. 15, no. 555, pp. 397-401, doi: 10.1038/nature25782.