Молекулярная динамика ионного канала никотинового ацетилхолинового рецептора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат физико-математических наук Ли Аньбан

• Ли Аньбан
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ли Аньбан

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ НИКОТИНОВОГО АЦЕТИЛХОЛИНОВОГО РЕЦЕПТОРА (ОБЗОР)

1.1 Ацетилхолин и ацетилхолиновый рецептор (AChR).

1.2 Субъединицы и аминокислотная последовательность nAChR.

1.3 Расположение и функционирование nAChR.

1.4 Исследования структуры nAChR.

1.5 Трёхмерная структура nAChR.

1.5.1 Общее представление о структуре nAChR.

1.5.2 Внеклеточный домен.

1.5.3 Трансмембранный домен.

1.6 Механизм открытия канала nAChR.

1.6.1 Теория аллостерических белков.

1.6.2 Механизм открытия канала nAChR на химическом уровне.

ГЛАВА II. МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ.

2.1. Метод молекулярной динамики.

2.2 Термостаты.

2.3 Численное интегрирование. Метод Верле.

2.4 Периодические граничные условия.

2.5 Неравновесная молекулярная динамика.

ГЛАВА III. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА КАНАЛА nAChR И ПРОХОЖДЕНИЯ ИОНОВ СКВОЗЬ КАНАЛ nAChR.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Описание модели.

3.3 Описание метода расчетов.

3.4 Описание метода анализа результатов.

3.5 Результаты.

3.5.1 Миграция частиц в канале под действием внешней силы Г=1ккал/(моль-А).

3.5.2 Прохождение частиц под действием разных внешних сил.

3.5.3 Влияние значения диэлектрической проницаемости среды е.

3.5.4 Динамика множественного прохождения комплексов Na+(H20)$.

3.6 Обсуждение.

3.6.1 Нахождение ворот канала nAChR.72

3.6.2 Ван-дер-Ваальсовский энергический барьер ворот.

3.6.3 Электростатическое взаимодействие.

3.1 Выводы.

ГЛАВА IV МЕХАНИЗМ ОТКРЫТИЯ КАНАЛА nAChR.

4.1 Постановка задачи.

4.2 Описание модели и метода расчетов.

4.3 Результаты.

4.3.1 Движение комплекса Na(H20)e сквозь пору.

4.3.2 Изменение радиуса канала.

4.3.3 Конформация ворот канала nAChR.

4.4 Обсуждения.

4.4.1 Механизм открытия канала nAChR.

4.4.2 Ограниченность нашей модели.

4.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярная динамика ионного канала никотинового ацетилхолинового рецептора»

Передача информации от одного нейрона к другому, а также от нейрона к эффекторной клетке, например, мышечному волокну, происходит в синапсе. Прямые, также называемые «быстрыми», синапсы могут быть электрическими, в которых передача основана на прохождении тока от пресинаптической клетки к постсинаптической. Однако более распространенными являются прямые химические синапсы, в которых окончания аксона освобождают нейромедиатор, который связывается с рецепторами на клетках-мишенях, являющимися одновременно ионными каналами [1]. В этой связи изучение функциональных структур ионных каналов, обеспечивающих перенос ионов, представляет большой интерес.

Ионные каналы представляют собой интегральные белки канальной структуры, встроенные в липидный бислой мембраны и опосредующие транспорт ионов через мембрану. Вопросы их функционирования составляют ключевую проблему в биофизике мембранных процессов и нейрофизике и важнейшую прикладную задачу для новейших биотехнологий [2].

Существует семейство лиганд-зависимых ионных каналов, состоящих в основном из пяти субъединиц. К этому семейству относятся никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (nicotinic acetylcholine receptors, nAChR), серотониновый рецептор (5-гидрокситриптамин, 5-НТ), глициновый рецептор, GABAa рецептор и GAB Ас рецептор (ГАМК) [3,4].

Большой интерес исследователей привлекают лиганд-зависимые ионные каналы, открываемые тогда, когда выпускаемые из пресинаптической мембраны лиганды входят в сайты связывания канала. Лиганд-зависимые ионные каналы играют ключевую роль в передаче сигнала в нервных системах и нервно-мышечных соединениях.

Лиганд-зависимые каналы обладают двумя основными свойствами: селективной проводимостью ионов и гейтингом - процессом активации проводимости (открытия) канала в ответ на связывание с лигандами. Они могут находиться в двух состояниях: закрытом и открытом, и могут ч. переходить из закрытого состояния в открытое при присоединении двух молекул лиганда. Таким образом, имеется механизм, обеспечивающий специфичность канала по отношению к различным ионам, и управляющее устройство, которое открывает и закрывает ионный канал в зависимости от соединения лиганда с каналом - так называемый "воротный механизм". Экспериментально установлено, что процесс открытия лиганд-зависимых ионных каналов определяется конформационными изменениями каналов после связывания с лигандами.

Для исследования механизма работы лиганд-зависимых ионных каналов в настоящее время используются самые современные физические, -биологические и компьютерные методы, так как построение адекватной биофизической модели функционирования ионных каналов, коррелирующей с их молекулярной структурой, позволит предсказать физические и биологические особенности их поведения в процессе работы.

Основной трудностью на пути исследователей является то, что для ответа на вопрос о механизме работы канала чрезвычайно важно знать пространственную молекулярную конфигурацию канала (его трёхмерную структуру). Хотя первичная молекулярная структура, т.е. полная аминокислотная последовательность, в настоящее время установлена для большого числа ионных каналов, однако знание первичной структуры канала еще мало способствует пониманию механизмов его функционирования.

Мышечный nAChR - член семейства лиганд-зависимых ионных каналов - наиболее подробно исследован, и его трёхмерная структура была определена с атомным разрешением в последние годы. Это позволяет построить адекватную модель и изучать его механизм работы с помощь компьютерного метода.

С другой стороны, хотя некоторые исследования с использованием компьютерных моделей, основанных на этой определенной трёхмерной структуре, уже проведены, вопрос о том, каким образом ионный канал активирует проводимость ионов и переходит из закрытого состояния в открытое, до сих пор остается без ответа.

Целью настоящей работы явилось изучение процесса миграции иона в канале nAChR, свойства ворот канала nAChR и механизм открытия канала nAChR путем метода управляемой молекулярной динамики.

Соответственно, в задачи нашей работы входило:

1) построить модель пентамерной структуры поры nAChR для исследования методом молекулярной динамики;

2) изучать прохождение разных частиц сквозь канал под действием разных внешних сил;

3) определить нахождение ворот канала, и оценить энергический барьер ворот для проходящих частиц;

4) изучать влияние значения диэлектрической проницаемости среды е и заряженных остатков на миграцию заряженных частиц;

5) изучать возможный механизм открытия канала nAChR.

В данной работе в качестве модельной системы использовался натриевый канал - пора nAChR из Torpedo marmorata (10ED). Для решения поставленной задачи преимущественно использован метод управляемой молекулярной динамики. Ион (или комплекс иона с гидратной оболочкой) помещался на верх канала, к нему прилагались разнообразные постоянные внешние силы по центральной оси канала. Молекулярно-динамические расчеты проводились с использованием программных средств ПУМА, HyperChem и других.

Теоретическое значение. Изучение процесса миграции ионов в канале nAChR, свойств ворот канала nAChR и механизма открытия канала nAChR методом управляемой молекулярной динамики имеет важное теоретическое значение. Связь между структурой и функциями биомакромолекул является ключевым вопросом в молекулярно-биологических исследованиях. nAChR является самым подробно изученным лиганд-зависимым каналом, уже широко изученны его химические и физиологические свойства, он также представляет собой первый лиганд-зависимый канал, трёхмерная структура которого была определена с высоким разрешением. Исследование связи между структурой и функциями этой макромолекулы - как молекула такой структуры выполняет присущие ей функции, как ее конформация изменяется при выполнении функций - является актуальным вопросом. Детальный процесс миграции ионов через канал и конкретное конформационное изменение канала при переходе из закрытого состоянии в открытое нельзя выявить с помощью общих экспериментальных методов (крио-микроскоп, ЯМР, методы электрофизиологии и мутантные методы). В данной работе для изучения этих вопросов применяется метод управляемой молекулярной динамики, который дает возможность выяснить связь между структурой и . функциями nAChR. И соответственно, это поможет понять механизм * функционирования таких лиганд-зависимых рецепторов, как глициновые рецепторы, рецепторы 5-НТ, и рецепторы GABAa и GABAc, которые похожи на nAChR по структуре и функции.

Практическое значение. Проведенные нами исследования также имеют большое практическое значение. С мутациями в субъединицах nAChR связаны некоторые болезни как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Выяснение детального механизма функционирования ацетилхолинового рецептора может быть полезно при разработке новых лекарственных препаратов.

Научная новизна. В настоящей работе впервые применен метод управляемой молекулярной динамики для изучения nAChR. Впервые определено нахождение ворот канала nAChR и оценен энергический барьер ворот для проходящих сквозь канал частиц путем вычислительных экспериментов. Нами отмечены и исследованы роль положительно заряженных остатков в поддержании стабильности канала и их влияние на прохождение ионов через канал.

Для изучения механизма открытия канала нами впервые использована новая методика, в которой возможные внешние силы прикладывались к цитоплазматическим концам а-М2 спиралей, что приводило в конечном итоге к открытию канала. Определено взаимодействие между внеклеточным и трансмембранным доменами при открытии канала. Полученные результаты расчетов совпадают с имеющимися экспериментальными результатами и подтверждают существующую гипотезу механизма открытия канала. Они позволяют понять многие наблюдаемые экспериментально особенности, которые до сих пор было трудно объяснить.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Ли Аньбан

выводы.

1. Остатки 13' - A-VAL255, B-VAL261, C-VAL269, D-VAL255 и E-ILE264, находящиеся в области с координатой z«82A в канале nAChR, образуют незаряженное кольцо, которое и формирует главные ван-дер-ваальсовые ворота канала.

2. Крутизна ван-дер-ваальсовского энергического барьера, создаваемого остатками 13', составляет меньше 2ккал/(моль-А). Больший энергический барьер создают отрицательно заряженные остатки GLU и ASP, которые располагаются в верхней области канала и играют роль электростатического фильтра, отбирающего положительно заряженные ионы.

3. Стабильная конформация канала поддерживается кулоновским отталкиванием между отрицательно заряженными остатками.

4. При одновременном присутствии нескольких положительно заряженных ионов в канале, электростатический барьер для прохода ионов уменьшается. Например, для комплекса Na+(H20)6, с 11ккал/(моль-А) до 5ккал/(моль-А).

5. Ворота канала открываются при действии момента сил, направленного против часовой стрелки относительно оси (сила прикладывалась к верхним остаткам М2). Это подтверждает гипотезу о механизме открытия канала за счет передачи вращательного момента на верхние остатки а-М2 (субъединиц А и D) в результате конформационных изменений внеклеточного домена после связывания лиганда. Рецепторы, входящие в семейство лиганд-зависимых ионных каналов, возможно, работают по одинаковому механизму.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе были поставлены задачи построения модели переноса частиц в поре лиганд-зависимого ионного канала - никотинового ацетилхолинового рецептора (nAChR), изучения свойств ворот канала и возможного механизма открытия канала nAChR при прохождении частиц в поре канала. На основе проведенных численных экспериментов определено нахождение ворот канал, оценен энергический барьер ворот и подтверждена гипотеза об открытии канала за счёт поворота М2 спиралей субъединиц.

На основе экспериментально определенной трёхмерной структуры трансмембранного домена nAChR построена упрощенная модель поры канала, состоящая из пяти а-спиральных М2 участков, которые непосредственно формируют пору канала и взаимодействуют с проходящими ионами. Для стабилизации канала на пентамерную структуру было одето углеводородное кольцо, состоящее из 105 остатков СНг.

Комплексы Na(H20)6 и С1(Н20)б застревают в канале в области с координатой z«86A под действием внешней силы Р=1ккал/(моль-А) и успешно проходит через канал под действием внешней силы Р>2ккал/(моль-А). Показано, что остатки 13' - A-VAL255, B-VAL261, C-VAL269, D-VAL255 и E-ILE264, находящиеся в области с координатой z«82A, по-видимому, формируют ван-дер-ваальсовые ворота канала. Крутизна ван-дер-ваальсовского энергического барьера, создаваемого остатками 13', составляет меньше 2ккал/(моль-А).

Катион Na+(H20)6 притягивается к отрицательно заряженным остаткам ASP и GLU, когда приложенная к ним внешняя сила не превышает 11ккал/(моль*А). Барьеры, сформированные за счет электростатических взаимодействий с заряженными боковыми группами аминокислотных остатков, имеют в закрытом состоянии канала существенно большую крутизну - около 8-9ккал/(моль-А). Редукция электростатических взаимодействий облегчает прохождение катиона, хотя и уменьшает конформационную стабильность канала.

В работе также впервые использована новая методика для изучения механизма открытия канала, в которой внешние моменты сил прикладываются на внеклеточные концы а-М2 спиралей, что приводит в конечном итоге к открытию канала. Анализ изменений радиуса канала и конформации ворот канала показывает, что ворота канала nAChR открываются только под действием момента сил приложенного на внеклеточные концы а-М2 спиралей и направленного против часовой стрелки относительно оси. Это показывает каким образом изгибы (31/(32 могут действовать на а-М2 спирали и демонстрирует детальный механизм процесса открытия канала. Наши данные подтверждают гипотезу о механизме открытия канала за счет передачи вращательного момента на верхние остатки а-М2 спиралей (субъединиц А и D) в результате конформационных изменений внеклеточного домена после связывания лиганда. Рецепторы, входящие в семейство лиганд-зависимых ионных каналов, возможно, работают по одинаковому механизму.

На основании вышеизложенных результатов можно сделать следующие выводы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ли Аньбан, 2006 год

1. Николлс Д.Г., Мартин А.Р., Валлас Б.Д., Фукс П.А., От нейрона к мозгу. 4th ed. 2003, Москва: Едиториал УРСС.

2. Сапронова А.В., Моделирование процесса переноса протонов в ионных каналах биомембран и родственных водородсвязанных структурах. 2004: Москва.

3. Barnard Е.А. Receptor classes and the transmitter-gated ion channels. // Trends Biochem.Sci. 1992. - Vol. 17(10) - P. 368-374.

4. Betz H. Ligand-gated ion channels in the brain: the amino acid receptor superfamily. // Neuron 1990. - Vol. 5(4) - P. 383-392.

5. Schwartz J.H., Neurotransmitters, in Principles of Neural Science (4th Edition), E.R. Kandel, J.H. Schwartz, and T.M. Jessell, Editors. 2000, McGraw Hill. p. 280-298.

6. Hulme E.C., Lu Z.L., Saldanha J.W., Bee M.S. Structure and activation of muscarinic acetylcholine receptors. // Biochem Soc Trans 2003. - Vol. 31(Pt 29-34.

7. Coulson F.R., Fryer A.D. Muscarinic acetylcholine receptors and airway diseases. // Pharmacol Ther- 2003. Vol. 98(1) - P. 59-69.

8. Wess J. Molecular biology of muscarinic acetylcholine receptors. // Crit Rev Neurobiol 1996. - Vol. 10(1)-?. 69-99.

9. Corringer P.J., Le N.N., Changeux J.P. Nicotinic receptors at the amino acid level. // Annu.Rev.Pharmacol .Toxicol. 2000. - Vol. 40 - P. 431-458.

10. Lindstrom J.M. Nicotinic acetylcholine receptors of muscles and nerves: comparison of their structures, functional roles, and vulnerability to pathology. // Ann.N.Y.Acad.Sci. 2003. - Vol. 998 - P. 41-52.

11. Unwin N. Structure of the acetylcholine-gated channel. // Novartis.Found.Symp. -2002. Vol. 245 -P. 5-15.

12. Рубин А.Б., Биофизика. Vol. 2. 2000, Москва: Книжный дом "Университет". 132.

13. Millar N.S. Assembly and subunit diversity of nicotinic acetylcholine receptors. // Biochem Soc Trans 2003. - Vol. 3 l(Pt 4) - P. 869-874.

14. Karlin A., Akabas M.H. Toward a structural basis for the function of nicotinic acetylcholine receptors and their cousins. // Neuron 1995. - Vol. 15(6)-Л 1231-1244.

15. Sargent P.B. The diversity of neuronal nicotinic acetylcholine receptors. // AnnuRevNeurosci- 1993.-Vol. 16-P. 403-443.

16. Raftery M.A., Hunkapiller M.W., Strader C.D., Hood L.E. Acetylcholine receptor: complex of homologous subunits. // Science 1980. - Vol. 208(4451)-P. 1454-1456.

17. Noda M., Takahashi H., Tanabe Т., Toyosato M., Kikyotani S., Furutani Y., Hirose Т., Takashima H., Inayama S., Miyata Т., Numa S. Structural•Ihomology ofTorpedo californica acetylcholine receptor subunits. // Nature -1983. Vol. 302(5908) - P. 528-532.

18. Ortells M.O., Lunt G.G. Evolutionary history of the ligand-gated ion-channel superfamily of receptors. // Trends Neurosci 1995. - Vol. 18(3) -P. 121-127.

19. Le Novere N., Changeux J.P. Molecular evolution of the nicotinic acetylcholine receptor: an example of multigene family in excitable cells. // J Mol Evol 1995. - Vol. 40(2) - P. 155-172.

20. Elgoyhen A.B., Johnson D.S., Boulter J., Vetter D.E., Heinemann S. Alpha 9: an acetylcholine receptor with novel pharmacological properties expressed in rat cochlear hair cells. // Cell 1994. - Vol. 79(4) - P. 705-715.

21. Gerzanich V., Anand R., Lindstrom J. Homomers of alpha 8 and alpha 7 subunits of nicotinic receptors exhibit similar channel but contrasting binding site properties. // Mol Pharmacol 1994. - Vol. 45(2) - P. 212-220.

22. Schoepfer R., Conroy W.G., Whiting P., Gore M., Lindstrom J. Brain alpha-bungarotoxin binding protein cDNAs and MAbs reveal subtypes of this branch of the ligand-gated ion channel gene superfamily. // Neuron -1990.-Vol. 5(1)-P. 35-48.

23. Anand R., Conroy W.G., Schoepfer R., Whiting P., Lindstrom J. Neuronal nicotinic acetylcholine receptors expressed in Xenopus oocytes have apentameric quaternary structure. 11J Biol Chem 1991. - Vol. 266(17) - P. 11192-11198.

24. Cooper E., Couturier S., Ballivet M. Pentameric structure and subunit stoichiometry of a neuronal nicotinic acetylcholine receptor. // Nature -1991. Vol. 350(6315) - P. 235-238.

25. Unwin N. Projection structure of the nicotinic acetylcholine receptor: distinct conformations of the alpha subunits. // J.Mol.Biol. 1996. - Vol. 257(3)-P. 586-596.

26. Machold J., Weise C., Utkin Y., Tsetlin V., Hucho F. The handedness of the subunit arrangement of the nicotinic acetylcholine receptor from Torpedo californica. // Eur J Biochem 1995. - Vol. 234(2) - P. 427-430.

27. Hogg R.C., Bertrand D. Regulating the regulators: the role of nicotinic acetylcholine receptors in human epilepsy. // Drug News Perspect 2003. -Vol. 16(5) -P. 261-266.

28. Colquhoun L.M., Patrick J.W. Pharmacology of neuronal nicotinic acetylcholine receptor subtypes. // Adv Pharmacol 1997. - Vol. 39 - P. 191-220.

29. Jones S., Sudweeks S., Yakel J.L. Nicotinic receptors in the brain: correlating physiology with function. // Trends Neurosci 1999. - Vol. 22(12)-P. 555-561.

30. Pidoplichko V.I., Noguchi J., Areola O.O., Liang Y., Peterson J., Zhang Т., Dani J.A. Nicotinic cholinergic synaptic mechanisms in the ventral tegmental area contribute to nicotine addiction. // Learn Mem 2004. - Vol. 11(1)-P. 60-69.

31. Vincent A., Palace J., Hilton-Jones D. Myasthenia gravis. // Lancet 2001. -Vol. 357(9274) -P. 2122-2128.

32. Palace J., Vincent A., Beeson D. Myasthenia gravis: diagnostic and management dilemmas. // Curr Opin Neurol 2001. - Vol. 14(5) - P. 583-589.

33. Bertrand D. Neuronal nicotinic acetylcholine receptors: their properties and , alterations in autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy. // Rev Neurol (Paris) 1999. - Vol. 155(6-7) - P. 457-462.

34. Steinlein O.K. Nicotinic acetylcholine receptors and epilepsy. // Curr Drug Targets CNS Neurol Disord 2002. - Vol. 1(4) - P. 443-448.

35. Sutor В., Zolles G. Neuronal nicotinic acetylcholine receptors and autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy: a critical review. // Pflugers Arch 2001. - Vol. 442(5) - P. 642-651.

36. Selkoe D.J. Alzheimer disease: mechanistic understanding predicts novel therapies. // Ann Intern Med 2004. - Vol. 140(8) - P. 627-638.

37. Lane R.M., Kivipelto M., Greig N.H. Acetylcholinesterase and its inhibition in Alzheimer disease. // Clin Neuropharmacol 2004. - Vol. 27(3) - P. 141-149.

38. Гусев Е.И., Гехт А.Б. Болезнь Паркинсона. Основные направления леченияhttp://www.consilium-medicum.com/media/consilium/n02/67.shtml). // Consilium medicum 2000. - Том. 2(2)

39. Miyazawa A., Fujiyoshi Y., Unwin N. Structure and gating mechanism of the acetylcholine receptor pore. // Nature 2003. - Vol. 423(6943) - P. 949-955.

40. Heuser J.E., Salpeter S.R. Organization of acetylcholine receptors in quick-frozen, deep-etched, and rotary-replicated Torpedo postsynaptic membrane. //J.CellBiol.- 1979. -Vol. 82(1)-P. 150-173.

41. Brisson A., Unwin P.N. Tubular crystals of acetylcholine receptor. // J.Cell Biol. 1984. - Vol. 99(4 Pt 1) - P. 1202-1211.

42. Unwin N., Henderson R. The structure of proteins in biological membranes. 11 Sci.Am. 1984. - Vol. 250(2) - P. 78-94.

43. Colquhoun D., Unwin N., Shelley C., Hatton C., Sivilotti L., Nicotinic acetylcholine receptors, in Burger's Medicinal Chemistry, Vol II Drug Discovery and Drug Development, D. Abraham and J. Wiley, Editors. 2003: New York. p. 357-405.

44. Dubochet J., Adrian M., Chang J.J., Homo J.C., Lepault J., McDowall A.W., Schultz P. Cryo-electron microscopy of vitrified specimens. // Q.Rev.Biophys. 1988. -Vol. 21(2)-P. 129-228.

45. Toyoshima C., Unwin N. Ion channel of acetylcholine receptor reconstructed from images of postsynaptic membranes. // Nature 1988. -Vol. 336(6196)-P. 247-250.

46. Toyoshima C., Unwin N. Three-dimensional structure of the acetylcholine receptor by cryoelectron microscopy and helical image reconstruction. // J.Cell Biol. -1990. Vol. 111(6 Pt 1) - P. 2623-2635.

47. Unwin N. Nicotinic acetylcholine receptor at 9 A resolution. // J.Mol.Biol. -1993.-Vol. 229(4) P. 1101-1124.

48. Miyazawa A., Fujiyoshi Y., Stowell M., Unwin N. Nicotinic acetylcholine receptor at 4.6 A resolution: transverse tunnels in the channel wall. // J.Mol.Biol. 1999. - Vol. 288(4) - P. 765-786.

49. Unwin N. Refined structure of the nicotinic acetylcholine receptor at 4 A resolution. // J.Mol.Biol. 2005. - Vol. 346(4) - P. 967-989.

50. Unwin N. Acetylcholine receptor channel imaged in the open state. // Nature 1995. - Vol. 373(6509) - P. 37-43.

51. Brejc K., van Dijk W.J., Klaassen R.V., Schuurmans M., van Der O.J., Smit A.B., Sixma Т.К. Crystal structure of an ACh-binding protein reveals the ligand-binding domain of nicotinic receptors. // Nature 2001. - Vol.411(6835)-P. 269-276.

52. Unwin N. Structure and action of the nicotinic acetylcholine receptor explored by electron microscopy. // FEBS Lett. 2003. - Vol. 555(1) - P. 91-95.

53. Bertrand D., Galzi J.L., villers-Thiery A., Bertrand S., Changeux J.P. Stratification of the channel domain in neurotransmitter receptors. // Curr.Opin.Cell Biol. 1993. - Vol. 5(4) - P. 688-693.

54. Middleton R.E., Cohen J.B. Mapping of the acetylcholine binding site of the; nicotinic acetylcholine receptor: 3H.nicotine as an agonist photoaffinity label. //Biochemistry- 1991.-Vol. 30(28)-P. 6987-6997.

55. Karlin A. Emerging structure of the nicotinic acetylcholine receptors. // Nat.Rev.Neurosci. -2002. -Vol. 3(2)-P. 102-114.

56. Smit A.B., Brejc K., Syed N., Sixma Т.К. Structure and function of AChBP, homologue of the ligand-binding domain of the nicotinic acetylcholine receptor. // Ann N Y Acad Sci 2003. - Vol. 998 - P. 81-92.

57. Hucho F., Oberthur W., Lottspeich F. The ion channel of the nicotinic acetylcholine receptor is formed by the homologous helices MII of the receptor subunits. // FEBS Lett 1986. - Vol. 205(1)-P. 137-142.

58. Imoto K., Busch C., Sakmann В., Mishina M., Konno Т., Nakai J., Bujo H., Mori Y., Fukuda K., Numa S. Rings of negatively charged amino acids determine the acetylcholine receptor channel conductance. // Nature 1988. -Vol. 335(6191)-P. 645-648.

59. Beckstein 0., Biggin P.C., Sansom M.S.P. A Hydrophobic Gating Mechanism for Nanopores. // J. Phys. chem. 2001. - Vol. В 105 - P. 12902-12905.

60. Changeux J.P. The TiPS lecture. The nicotinic acetylcholine receptor: an allosteric protein prototype of ligand-gated ion channels. // Trends Pharmacol Sci 1990. - Vol. 11(12) - P. 485-492.

61. Changeux J.P., Edelstein S.J. Allosteric receptors after 30 years. // Neuron -1998. Vol. 21(5) - P. 959-980.

62. Edelstein S.J., Changeux J.P. Allosteric proteins after thirty years: the binding and state functions of the neuronal alpha 7 nicotinic acetylcholine receptors. //Experientia 1996. - Vol. 52(12)-Л 1083-1090.

63. Edelstein S.J., Schaad 0., Henry E., Bertrand D., Changeux J.P. A kinetic mechanism for nicotinic acetylcholine receptors based on multiple allosteric transitions. //Biol Cybern- 1996.-Vol. 75(5)-P. 361-379.

64. Wilson G., Karlin A. Acetylcholine receptor channel structure in the resting, open, and desensitized states probed with thesubstituted-cysteine-accessibility method. // Proc Natl Acad Sci U S A -2001. Vol. 98(3)-P. 1241-1248.

65. Colquhoun D., Sakmann B. Fast events in single-channel currents activated by acetylcholine and its analogues at the frog muscle end-plate. // J.Physiol -1985.-Vol. 369 -P. 501-557.

66. Sakmann В., Methfessel C., Mishina M., Takahashi Т., Takai Т., Kurasaki M., Fukuda K., Numa S. Role of acetylcholine receptor subunits in gating of the channel. //Nature 1985.-Vol. 318(6046)-P. 538-543.

67. Jones M.V., Westbrook G.L. The impact of receptor desensitization on fast synaptic transmission. // Trends Neurosci 1996. - Vol. 19(3) - P. 96-101.

68. Monod J., Wyman J., Changeux J.P. On the Nature of Allosteric Transitions: a Plausible Model. //JMol Biol 1965.-Vol. 12-P. 88-118.

69. Changeux J., Edelstein S.J. Allosteric mechanisms in normal and pathological nicotinic acetylcholine receptors. // Curr.Opin.Neurobiol. -2001.-Vol. 11(3)-P. 369-377.

70. Unwin N., Miyazawa A., Li J., Fujiyoshi Y. Activation of the nicotinic acetylcholine receptor involves a switch in conformation of the alpha subunits. // J.Mol.Biol. 2002. - Vol. 319(5) - P. 1165-1176.

71. Шайтан K.B., Сарайкин C.C., Метод молукулярной динамики. http://www.moldyn.org/library/md/default.htm. 1999.

72. Шайтан К.В., Терёшкина К.Б., Молекулярная динамика белков и пептидов. Методическое пособие. 2004, Москва: Ойкос.

73. Шайтан К.В., Молекулярная динамика пептидов. http://www.bioeng.ru/doc/stat/moldyn.htm. 1999.

74. Karplus М., McCammon J.A. Molecular dynamics simulations of biomolecules. // Nat Struct Biol 2002. - Vol. 9(9) - P. 646-652.

75. Hansson Т., Oostenbrink C., van Gunsteren W. Molecular dynamics simulations. // Curr Opin Struct Biol 2002. - Vol. 12(2)-P. 190-196.

76. Gumbart J., Wang Y., Aksimentiev A., Tajkhorshid E., Schulten K. Molecular dynamics simulations of proteins in lipid bilayers. // Curr Opin Struct Biol 2005. - Vol. 15(4) - P. 423-431.

77. Idrissi A. Molecular structure and dynamics of liquids: aqueous urea solutions. // Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc 2005. - Vol. 61(1-2) —P. 1-17.

78. Saiz L., Bandyopadhyay S., Klein M.L. Towards an understanding of complex biological membranes from atomistic molecular dynamics simulations. // Biosci Rep 2002. - Vol. 22(2) - P. 151-173.

79. Schleif R. Modeling and studying proteins with molecular dynamics. // Methods Enzymol 2004. - Vol. 383 - P. 28-47.

80. Daggett V. Molecular dynamics simulations of the protein unfolding/folding™ reaction. // Acc Chem Res 2002. - Vol. 35(6) - P. 422-429.

81. Grigera J.R. Molecular dynamics simulation for ligand-receptor studies. Carbohydrates interactions in aqueous solutions. // Curr Pharm Des 2002. -Vol. 8(17) -P. 1579-1604.

82. Norberg J., Nilsson L. Molecular dynamics applied to nucleic acids. // Acc Chem Res 2002. - Vol. 35(6) - P. 465-472.

83. Warshel A. Molecular dynamics simulations of biological reactions. // Acc Chem Res 2002. - Vol. 35(6) - P. 385-395.

84. Orshanskiy I.A., Tereshkina K.B., Tourleigh E.V. Molecular dynamics of two signal peptides of NS-2 protein of Hepatitis С virus in the water and in the membrane. // FEBS Journal (in print) 2006.

85. Шноль Э.Э., Гривцов А.Г.и.д., Метод молекулярной динамики в физической химии. 1996.

86. Allen М.Р., Tildesley D.J., Computer Simulation of Liquids. 2002, Oxford: Clarendon Press.

87. Дашевский В.Г., Конформации органических молекул. 1974, М.: Химия.

88. Полторак О.М., Термодинамика в физической химии. 1991, М.: Высш. шк.

89. Мидзусима С., Строение молекул и внутреннее вращение 1957, М.: Издво иностр. лит.

90. Каплан И.Г., Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. 1982, Москва: Наука.

91. Ponder J.W., Case D.A. Force fields for protein simulations. // Adv. Prot. Chem 2003. - Vol. 66 - P. 27-85.

92. Cheatham Т.Е., 3rd, Young M.A. Molecular dynamics simulation of nucleic acids: successes, limitations, and promise. // Biopolymers 2000. - Vol. 56(4)-P. 232-256.

93. Frenkel D., Smit В., Understanding molecular simulation. From algorithms to applications. 2002. P. 638.

94. Lemak A.S., Balabaev N.K. A comparison between collisional dynamics and Brownian dynamics. // Molecular Simulation 1995. - Vol. 15 - P. 223.

95. Lemak A.S., Balabaev N.K. Molecular dynamics simulation of a polymer chain in solution by collisional dynamics method. // Journal of Computational Chemistry 1996.-Vol. 17-P. 1685.

96. Landau L.D., Teller E., On the theory of sound disperson. Vol. 10. 1936: Physik. Zeits. Sowjetunion. 34-43.

97. Голо B.JL, Шайтан K.B. Динамический аттрактор в термостате Берендсена и медленная динамика биомакромолекул. // Биофизика -2002.-Том.47-С. 611-617.

98. Park S., Schulten К. Calculating potentials of mean force from steered molecular dynamics simulations. // J Chem Phys 2004. - Vol. 120(13) - P. 5946-5961.

99. Grubmuller H. Force probe molecular dynamics simulations. // Methods Mol Biol 2005. - Vol. 305 - P. 493-515.

100. Altmann S.M., Grunberg R.G., Lenne P.F., Ylanne J., Raae A., Herbert K., Saraste M., Nilges M., Horber J.K. Pathways and intermediates in forced unfolding of spectrin repeats. // Structure 2002. - Vol. 10(8) - P. 1085-1096.

101. GaoM., Wilmanns M., Schulten K. Steered molecular dynamics studies of titin II domain unfolding. // Biophys J 2002. - Vol. 83(6) - P. 3435-3445.

102. Lu H., Isralewitz В., Krammer A., Vogel V., Schulten K. Unfolding of titin immunoglobulin domains by steered molecular dynamics simulation. // Biophys J 1998. - Vol. 75(2) - P. 662-671.

103. Lu H., Krammer A., Isralewitz В., Vogel V., Schulten K. Computer modeling of force-induced titin domain unfolding. // Adv Exp Med Biol -2000. Vol. 481 - P. 143-160; discussion 161-142.

104. Lu H., Schulten K. Steered molecular dynamics simulations of force-induced protein domain unfolding. // Proteins 1999. - Vol. 35(4) - P. 453-463.

105. Gullingsrud J., Schulten K. Gating of MscL studied by steered molecular dynamics. // Biophys J 2003. - Vol. 85(4) - P. 2087-2099.

106. Faraldo-Gomez J.D., Smith G.R., Sansom M.S. Setting up and optimization of membrane protein simulations. // Eur Biophys J 2002. - Vol. 31(3) - P. 217-227.

107. Isralewitz В., Baudry J., Gullingsrud J., Kosztin D., Schulten K. Steered molecular dynamics investigations of protein function. // J Mol Graph Model-2001.-Vol. 19(1)-P. 13-25.

108. Isralewitz В., Gao M., Schulten K. Steered molecular dynamics and mechanical functions of proteins. // Curr Opin Struct Biol 2001. - Vol. 11(2)-P. 224-230.

109. Шайтан K.B., Турлей E.B., Голик Д.Н., Терёшкина, К.Б., Лувцова О.В., Федик И.В., Шайтан А.К., Кирпичников М.П. Молекулярная динамика и дизайн био- и наноструктур. // Вестник биотехнологии 2005. - Том. 1(1)-С. 66-78.

110. Dutta S., Berman Н.М. Large macromolecular complexes in the Protein Data Bank: a status report. // Structure 2005. - Vol. 13(3) - P. 381-388.

111. Westbrook J., Feng Z., Burkhardt K., Berman H.M. Validation of protein structures for protein data bank. // Methods Enzymol 2003. - Vol. 374 - P. 370-385.

112. Bourne P.E., Addess K.J., Bluhm W.F., Chen L., Deshpande N., Feng Z., Fieri W., Green R., Merino-Ott J.C., Townsend-Merino W., Weissig H., Westbrook J., Berman H.M. The distribution and query systems of the

113. RCSB Protein Data Bank. 11 Nucleic Acids Res 2004. - Vol. 32(Database issue)-P. D223-225.

114. Berman H., Henrick K., Nakamura H. Announcing the worldwide Protein Data Bank. //Nat Struct Biol 2003. - Vol. 10(12) - P. 980.

115. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. The Protein Data Bank. // Nucleic Acids Res -2000. Vol. 28(1) - P. 235-242.

116. RCSB, http://www.rcsb.org/pdb/.

117. HyperChem, http://www.hyper.com.

118. Sansom M.S., Adcock C., Smith G.R. Modelling and simulation of ion channels: applications to the nicotinic acetylcholine receptor. // J.Struct.Biol. 1998. - Vol. 121(2) - P. 246-262.

119. Law R.J., Tieleman D.P., Sansom M.S. Pores formed by the nicotinic receptor m2delta Peptide: a molecular dynamics simulation study. // BiophysJ. 2003. - Vol. 84(1) - P. 14-27.

120. Kerr I.D., Sankararamakrishnan R., Sansom M.S. Simplified models of the pore domain of the nicotinic acetylcholine receptor. // Biochem.Soc.Trans. -1994.-Vol. 22(2) P. 158S.

121. Charnet P., Labarca C., Leonard R.J., Vogelaar N.J., Czyzyk L., Gouin A., Davidson N., Lester H.A. An open-channel blocker interacts with adjacent turns of alpha-helices in the nicotinic acetylcholine receptor. // Neuron -1990.-Vol. 4(1)-P. 87-95.

122. Турлей Е.В., Шайтан К.В., Балабаев Н.К. Динамическая гетерогенность фосфолипидного бислоя и диффузия молекул на границе раздела фаз. // Биофизика 2005. - Том. 50 (6) - С. 1042-1047.

123. Турлей Е.В., Шайтан К.В., Балабаев Н.К. Молекулярная динамика гидратированного бислоя пальмитоилолеоилфосфатидилхолина в столкновительном термостате. // Биол. мембраны 2005. - Том. 22 (6) -С. 491-502.

124. Терёшкина К.Б., Молекулярная динамика пептидных структур и функционирование ионного канала глицинового рецептора. 2006, Москва: МГУ.

125. PyMol, http://www.pymol.org.

126. PyMol, http://www.delanoscientific.com/.

127. PyMol http://adelie.biochem.queensu.ca/~rlc/work/pymol/.

128. Guex N., Peitsch M.C. SWISS-MODEL and the Swiss-PdbViewer: an environment for comparative protein modeling. // Electrophoresis 1997. -Vol. 18(15)-P. 2714-2723.

129. Swiss-PdbViewer, http://www.expasy.org/spdbv/.

130. Smart O.S., Goodfellow J.M., Wallace B.A. The pore dimensions of gramicidin A. // Biophys.J. 1993. - Vol. 65(6) - P. 2455-2460.

131. Smart O.S., Neduvelil J.G., Wang X., Wallace B.A., Sansom M.S. HOLE: a program for the analysis of the pore dimensions of ion channel structural models. // J. Mol. Graph 1996. - Vol. 14(6) - P. 354-360, 376.

132. HOLE, http://hole.biop.ox.ac.uk/hole.

133. HOLE, http://www.csb.yale.edu/userguides/graphics/hole/.

134. SigmaPlot, http://www.systat.com/products/SigmaPlot/.

135. Schutz C.N., Warshel A. What are the dielectric "constants" of proteins and how to validate electrostatic models? // Proteins -2001.- Vol. 44(4) P. . 400-417.

136. Соггу В. Theoretical conformation of the closed and open states of the acetylcholine receptor channel. // Biochim.Biophys.Acta 2004. - Vol. 1663(1-2)-P. 2-5.

137. Kim S., Chamberlain A.K., Bowie J.U. A model of the closed form of the nicotinic acetylcholine receptor m2 channel pore. // Biophys.J. 2004. - Vol. 87(2)-P. 792-799.

138. Kearney P.C., Zhang H., Zhong W., Dougherty D.A., Lester H.A. Determinants of nicotinic receptor gating in natural and unnatural side chain structures at the M2 9' position. // Neuron 1996. - Vol. 17(6) - P. 1221-1229.

139. Lummis S.C. The transmembrane domain of the 5-HT3 receptor: its role in selectivity and gating. // Biochem.Soc.Trans. 2004. - Vol. 32(Pt3) - P. 535-539.

140. Adcock C., Smith G.R., Sansom M.S. Electrostatics and the ion selectivity of ligand-gated channels. // Biophys.J. 1998. - Vol. 75(3) - P. 1211 -1222.

141. Eisenman G. Cation slective glass electrodes and their mode of operation. // Biophys J 2(Suppl 2)- 1962. Vol. -P. 259-323.

142. Siegelbaum S.A., Koester J., Ion Channels, in Principles of Neural Science (4th Edition), E.R. Kandel, J.H. Schwartz, and T.M. Jessell, Editors. 2000, McGraw Hill. p. 105-125.

143. Absalom N.L., Lewis T.M., Schofield P.R. Mechanisms of channel gating of the ligand-gated ion channel superfamily inferred from protein structure. // Exp.Physiol-2004.-Vol. 89(2)-P. 145-153.

144. Mitra A., Cymes G.D., Auerbach A. Dynamics of the acetylcholine receptor pore at the gating transition state. // Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 2005. - Vol. 102(42)-P. 15069-15074.

145. Lester H.A., Dibas M.I., Dahan D.S., Leite J.F., Dougherty D.A. Cys-loop receptors: new twists and turns. // Trends Neurosci. 2004. - Vol. 27(6) - P. 329-336.

146. Hung A., Tai K., Sansom M.S. Molecular Dynamics Simulation of the M2 Helices within the Nicotinic Acetylcholine Receptor Transmembrane Domain: Structure and Collective Motions. // Biophys.J. 2005. - Vol. 88(5) -P. 3321-3333.

147. Beckstein 0., Biggin P.C., Bond P., Bright J.N., Domene C., Grottesi A., Holyoake J., Sansom M.S. Ion channel gating: insights via molecular simulations. // FEBS Lett. 2003. - Vol. 555(1) - P. 85-90.