Interações moleculares complexas na origem da modulação direta de canais iônicos neuronais por anestésicos gerais

Abstract

Anestesia geral é um recurso fundamental na medicina moderna. Em contraste com o uso de anestésicos há mais de 100 anos, seus alvos e mecanismo de ação moleculares ainda são largamente desconhecidos. Porquanto não se descarte a hipótese de que essas moléculas exerçam seus efeitos por meio de alterações de propriedades físico-químicas de membranas celulares, um conjunto crescente de evidências sugere um cenário alternativo. Neste, o estado de anestesia seria induzido pela modulação direta de múltiplos receptores proteicos. Entre os potenciais receptores, estudos de eletrofisiologia e em modelos animais demonstram que o canal iônico neuronal dependente de voltagem de mamíferos Kv1.2 é modulado diretamente pelo anestésico geral sevoflurano. Esses estudos sugerem que sevoflurano se liga a múltiplos sítios em Kv1.2, resultando em um aumento na probabilidade de abertura do canal, e em um aumento da sua condutância máxima. Nesse contexto, o presente trabalho se propõe a identificar sítios de ligação de sevoflurano nas conformações aberta e fechada de Kv1.2 e investigar quanto da modulação da proteína pode ser explicada pela ligação direta do anestésico, no contexto de um modelo de dois estados. Preambular a essa investigação, no entanto, está o desenvolvimento do arcabouço teórico necessário ao tratamento concentração-dependente da interação de pequenas moléculas a múltiplos sítios de ligação saturáveis, para que se possa quantificar o impacto do modulador no equilíbrio entre conformações da proteína. Da forma como foram descritas, as equações são gerais e facilmente transponíveis a diferentes sistemas de interação proteína-ligante. O estudo mostra, sob uma perspectiva atomística molecular, que sevoflurano se liga com dependência conformacional a Kv1.2. A estabilização do estado aberto promovida pela ligação da molécula anestésica é capaz de recapitular o aumento da probabilidade de abertura do canal verificado experimentalmente. Ademais, os sítios de ligação de sevoflurano a Kv1.2 sugeridos pela estratégia aqui desenvolvida se encontram próximos a resíduos de aminoácido identificados como relevantes à modulação por meio de estudos de mutagênese e marcação com ligantes fotoativos. Em conjunto, os resultados apresentados corroboram a hipótese da modulação direta e contribuem uma perspectiva microscópica para se compreender os efeitos causados por sevoflurano.