Estudio teórico de selectividad aniónica y mecanismo de apertura y cierre (gating) en canales de cloruro de la familia CLC

Abstract

CLC es una familia de proteínas de membrana que transporta cloruros y desempeñan funciones como canales de cloruro o intercambiadores protón/cloruro. Estas proteínas, conservadas desde bacterias a humanos, son importantes para la fisiología celular y están involucradas en enfermedades genéticas. Las recientes estructuras cristalográficas bacterianas de ClC entregan las bases para entender su selectividad y mecanismos de apertura y cierre (gating). En la porción más estrecha del poro de ClC (filtro de selectividad, FS) se encuentran cloruros coordinados por aminoácidos muy conservados en secuencias. Patrones de interacción de puentes de hidrógeno e interacciones de van der Waals están involucrados en este sitio, patrones también encontrados en moléculas que coordinan aniones. Se sabe, que un glutamato conservado (E148) cercano al FS está involucrado en el mecanismo de gating; sin embargo, los cambios estructurales involucrados aún son desconocidos. Utilizando cálculos basados en química cuántica ɑb initio se modeló localmente el FS para estudiar la selectividad por halogenuros de ClC. Basados en interpretaciones termodinámicas y cinéticas de la selectividad, los resultados muestran que es posible racionalizar la selectividad de ClC por halogenuros. Éstos también señalan la importancia de la correlación electrónica en la descripción de las interacciones de bromuro y yoduro. A través de dinámica molecular se modeló un dímero de ClC bacteriano inserto en un parche de membrana. El objetivo fue encontrar cambios estructurales compatibles con el gating o el transporte de aniones. Se observaron cambios reproducibles y espontáneos en E148 similares a los reportados en otras simulaciones y datos cristalográficos. Estos cambios mostraron estar relacionados con la ocupación de cloruros en el FS. A su vez, la transición de E148 antecede a un aumento en el radio intracelular del poro de permeación. Los eventos de E148 y la apertura intracelular correspondieron a los movimientos de mayor amplitud observados durante las simulaciones. En su conjunto estos datos muestran algunas características estructurales clave de ClC que pueden ser importantes para entender sus mecanismos como intercambiadores o canales.