BK通道相鄰亞基間殘基耦合作用對孔道結構及門控的影響.pdf

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

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

3、相互作用。進一步的研究表明，這兩個位點確實對BK 通道的門控和孔道結構有重要影響。大部分的Leu-312突變體不同程度地增強了通道的激活，加大了開放幾率，降低了鈣離子和電壓的敏感性，有些突變體甚至在沒有胞內(nèi)自由鈣離子和很負電壓的情況下表現(xiàn)出了“長開”的特殊性質(zhì)。而很多Phe-315突變體能正常表達上膜，卻記錄不到可探測的宏觀電流，表明它們喪失了正常的通道功能。能夠記錄到電流的Phe-315位點的突變F315Q，則表現(xiàn)出了和Leu-312

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

5、現(xiàn)出了“長開”的性質(zhì)。
　　 綜上所述，BK 通道孔道區(qū)域內(nèi)Leu-312位點和相鄰亞基上Phe-315位點的疏水耦合作用能維持通道關閉態(tài)構象的穩(wěn)定，使通道維持正常功能，并且在不改變孔道門結構的同時對通道門控產(chǎn)生非常大的影響。Leu-312和Phe-315突變使通道對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。這個發(fā)現(xiàn)也為我們研究其他BK 類型的離子通道孔道的結