Condução de íons pelo canal neuronal Kv1.2 na presença do anestésico geral sevoflurano

• Main Author: Pimentel, Leonardo Cirqueira
• Other Authors: Treptow, Werner L.
• Language: Portuguese
• Published: 2018
• Subjects: Anestésicos gerais; Canais iônicos; Sevoflurano; Potássio
• Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/32307

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. === Submitted by Raquel Viana ([e-mail]) on 2018-07-17T18:50:27Z No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) === Approved for entry into archive by Raquel Viana ([e-mail]) on 2018-07-20T21:09:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) === Made available in DSpace on 2018-07-20T21:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) Previous issue date: 2018-08-17 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). === O uso de anestésicos gerais na medicina é datado em mais de 100 anos. Apesar da evolução da anestesiologia e do uso consolidado dessa classe de fármacos, o mecanismo molecular da anestesia geral ainda é desconhecido. Diversos estudos vêm mostrando que os canais iônicos são os principais alvos dos anestésicos, com um grande número de interações entre ligantes e receptores já caracterizados. Porém, está sendo mostrado que a interação é bastante complexa: existe a presença de múltiplos sítios de ligação, que sofrem influência tanto da concentração de anestésicos quanto da conformação do canal. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a interação do anestésico geral sevoflurano com o canal iônico de potássio dependente de voltagem de mamíferos Kv1.2. Esse par é de muito interesse da medicina atual, pois o sevoflurano é um anestésico bastante utilizado e o Kv1.2 é expresso em neurônios do sistema nervoso central e em células cardíacas, com papel chave em diversos distúrbios. Experimentos de eletrofisiologia mostram que o sevoflurano leva à uma ativação mais precoce dos canais Kv1.2 e causa um aumento na corrente máxima. Muitos trabalhos vêm tentando clarificar quais são os sítios de ligação do Kv1.2, e estudos envolvendo ferramentas computacionais vêm sugerindo uma ligação do sevoflurano ao poro de condução da proteína. Esse sítio precisa ter sua existência validada, afinal a presença do anestésico nesse local pode atrapalhar a função do Kv1.2. Para investigar se a ligação é possível, em um primeiro estudo neste trabalho, foram caracterizadas diversos parâmetros físico-químicos de um segmento de membrana, e na sequência as propriedades da migração do sevoflurano da água para a bicamada lipídica. A energia livre de partição mostrou que o anestésico tem maior afinidade pela região anfifílica do interior da membrana, tornando possível o acesso do sevoflurano aos diversos sítios transmembrânicos sugeridos e reduzindo a probabilidade de acesso aos sítios mais hidratados. Descrições termodinâmicas juntamente com ferramentas computacionais de modelagem molecular permitiram o desenvolvimento de um experimento de competição em condições fisiológicas, que indicaram que a ligação do sevoflurano sob fluxo iônico é pouco provável. Além disso, simulações com voltagem mostraram que mesmo quando ligado ao poro central, o sevoflurano não atrapalha a condução iônica. Esses resultados são de grande importância ao mostrar que a ligação do sevoflurano ao sítio do poro central é uma ligação de pouca probabilidade, e que caso ocorra, o funcionamento do canal não é alterado. === The use of general anesthetics in medicine is dated to more than a hundred years. Despite the anesthesiology evolution and the well-established usage of this drug class, the molecular mechanism of general anesthesia is still unknown. Several studies have been showing that the ion channels are the main targets of anesthetics, with a huge and still growing number of characterized receptor-ligand interactions. However, these interactions are complex: there are multiple binding sites, which are influenced by the anesthetic concentration and the channel conformation. This work main goal was to study the interaction between sevoflurane and the mammal voltage dependant potassium channel Kv1.2. Nowadays medicine is very interested in this interaction pair because sevoflurane is widely used and Kv1.2 is expressed in central nervous system and in heart cells, with a key role in neuronal and cardiac disturbance. Eletrophysiology experiments show that sevoflurane induces an easier channel opening and an increase in Kv1.2 maximum currents. Some studies are trying to clarify what are the binding sites, and a site located in the main pore of the channel is being suggested. This site has to be validated, because the presence of sevoflurane at the main pore of the channel can alter Kv1.2 functioning. To check if binding is possible, in the first part of this work, there was a physico-chemical characterization of a membrane patch, and later a sevoflurane water-membrane migration free-energy description. The partition free-energy variation shows that the anesthetic has more affinity to the inner membrane amphiphilic region, making it possible for sevoflurane to acess several suggested transmembrane sites and reducing binding probabilites to hidrated sites. Thermodinamic descriptions joined with computational tools of molecular modeling allowed to develop a competition experiment under physiological conditions, which showed that sevoflurane binding to the central cavity is less probable. Furthermore, simulations in the presence of voltage showed that sevoflurane bound at the central cavity did not hinder ionic conduction across the channel. These results are very important, because they show that sevoflurane binding to the central pore is a low probability event, and when it occurs, the channel functioning is not altered.