BK通道相鄰亞基間殘基耦合作用對(duì)孔道結(jié)構(gòu)及門控的影響.pdf

1、離子通道作為一種膜蛋白在動(dòng)物、植物、單細(xì)胞或多細(xì)胞生物的細(xì)胞膜上廣泛存在，產(chǎn)生細(xì)胞生物電現(xiàn)象。鈣依賴、電壓激活的大電導(dǎo)鉀通道（BK 通道）作為鉀離子通道家族中的一員，在線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物的肌肉、腦、胰腺、背根神經(jīng)節(jié)上都有表達(dá)，廣泛地存在于各種興奮和非興奮細(xì)胞中。在生理過(guò)程中，BK 通道扮演著十分重要的角色。所以對(duì)BK 通道孔道結(jié)構(gòu)和門控機(jī)制的研究一直是熱點(diǎn)領(lǐng)域。在本文中，我們著重運(yùn)用了電生理膜片鉗、分子生物學(xué)構(gòu)建、點(diǎn)突變、細(xì)胞培養(yǎng)、熒

2、光成像以及分子動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模擬等技術(shù)，探討了BK 通道孔道區(qū)域內(nèi)Leu-312位點(diǎn)的氨基酸殘基與相鄰亞基上Phe-315位點(diǎn)的氨基酸殘基之間的相互耦合作用對(duì)于維持通道關(guān)閉態(tài)構(gòu)象的穩(wěn)定以及通道門控調(diào)節(jié)的影響。主要內(nèi)容如下：
　　 通過(guò)mSlo1、KcsA、MthK和Kv1.2的同源序列比對(duì)以及對(duì)已知的三種鉀離子通道晶體結(jié)構(gòu)的分析，我們重點(diǎn)關(guān)注了門控樞紐點(diǎn)附近的兩個(gè)線性排列氨基酸Leu-312和Phe-315，推測(cè)它們之間可能存在某種

3、相互作用。進(jìn)一步的研究表明，這兩個(gè)位點(diǎn)確實(shí)對(duì)BK 通道的門控和孔道結(jié)構(gòu)有重要影響。大部分的Leu-312突變體不同程度地增強(qiáng)了通道的激活，加大了開(kāi)放幾率，降低了鈣離子和電壓的敏感性，有些突變體甚至在沒(méi)有胞內(nèi)自由鈣離子和很負(fù)電壓的情況下表現(xiàn)出了“長(zhǎng)開(kāi)”的特殊性質(zhì)。而很多Phe-315突變體能正常表達(dá)上膜，卻記錄不到可探測(cè)的宏觀電流，表明它們喪失了正常的通道功能。能夠記錄到電流的Phe-315位點(diǎn)的突變F315Q，則表現(xiàn)出了和Leu-312

4、位點(diǎn)的突變L312Q 相似的性質(zhì)。但是無(wú)論是這兩個(gè)位點(diǎn)的哪種突變體，都沒(méi)有改變單通道電導(dǎo)大小，表明通道門控被影響了，但通道處于開(kāi)放態(tài)時(shí)孔道門的構(gòu)象并沒(méi)有發(fā)生改變。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，我們發(fā)現(xiàn)野生型BK 通道處于關(guān)閉態(tài)時(shí)Leu-312位點(diǎn)和相鄰亞基上的Phe-315位點(diǎn)有一個(gè)非常近的通信距離，表明它們之間存在緊密的相互作用，我們稱之為L(zhǎng)-F 耦合。一旦突變了其中某個(gè)位點(diǎn)，這種耦合作用就會(huì)被破壞，使通道的孔道不能維持正常的關(guān)閉態(tài)構(gòu)象，從而表

5、現(xiàn)出了“長(zhǎng)開(kāi)”的性質(zhì)。
　　 綜上所述，BK 通道孔道區(qū)域內(nèi)Leu-312位點(diǎn)和相鄰亞基上Phe-315位點(diǎn)的疏水耦合作用能維持通道關(guān)閉態(tài)構(gòu)象的穩(wěn)定，使通道維持正常功能，并且在不改變孔道門結(jié)構(gòu)的同時(shí)對(duì)通道門控產(chǎn)生非常大的影響。Leu-312和Phe-315突變使通道對(duì)鈣離子和電壓敏感性的喪失，表明它們之間的這種相互作用可能還影響了鈣離子敏感器和電壓敏感器與通道孔道門之間的耦合。這個(gè)發(fā)現(xiàn)也為我們研究其他BK 類型的離子通道孔道的結(jié)