上海生科院解析離子通道結(jié)構(gòu)和功能形成機(jī)制

　　1月5日，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實驗室以及中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心蔡時青研究組在《分子細(xì)胞》（Molecular Cell）雜志上發(fā)表了題為《鉀離子通道四聚化組裝需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子參與》的研究論文。該研究揭示了鉀離子通道結(jié)構(gòu)與功能形成的分子機(jī)制，為離子通道相關(guān)疾病機(jī)制和干預(yù)研究提供了新的線索。

　　離子通道選擇性地跨膜通透離子，是生物體電活動的分子基礎(chǔ)。它參與神經(jīng)傳導(dǎo)、心臟跳動、肌肉收縮和腺體分泌等諸多生命過程。離子通道需要多個亞基組裝在一起，形成有功能的蛋白復(fù)合物。離子通道多亞基組裝和功能形成過程通常發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，但具體的分子機(jī)制仍不清楚。通過正向遺傳學(xué)方法，研究人員發(fā)現(xiàn)一個定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的伴侶分子DNJ-1影響線蟲ERG家族鉀離子通道合成過程。人的DNJ-1同源蛋白DNAJB12 和DNAJB14也可以調(diào)控人類hERG鉀離子通道合成。hERG鉀離子通道功能失常會導(dǎo)致長QT綜合癥，造成猝死。下調(diào)DNAJB12 和DNAJB14功能會導(dǎo)致心肌細(xì)胞產(chǎn)生類似長QT綜合癥的一些電生理特征，如：動作電位時程延長，產(chǎn)生早后去極化現(xiàn)象；而提高細(xì)胞內(nèi)伴侶分子表達(dá)量可以恢復(fù)一些在長QT綜合癥病人中發(fā)現(xiàn)的hERG突變體功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，DNAJB12 和DNAJB14穩(wěn)定hERG新生蛋白，促進(jìn)它們四聚化形成有功能的離子通道復(fù)合物。這些伴侶分子以四聚體和二聚體形式存在，解聚的伴侶分子仍然保留了穩(wěn)定離子通道新生蛋白的功能，但不能促進(jìn)離子通道亞基組裝。

　　該研究還發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的伴侶分子蛋白能夠促進(jìn)其它離子通道的折疊和聚合，表明離子通道的結(jié)構(gòu)和功能形成需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子參與是一種普遍機(jī)制，為離子通道相關(guān)疾病研究提供了新的思路和潛在的分子靶點(diǎn)。另外，由于通常認(rèn)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子防止新生蛋白在合成過程中相互聚集，并參與蛋白質(zhì)量控制過程，因而該研究也揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子一種新的功能。

　　該研究工作主要由博士研究生李凱和江強(qiáng)在研究員蔡時青指導(dǎo)下共同完成，白雪、阮美煜和楊異鳳也參與了該項研究。課題進(jìn)展過程中得到樊艷婷（中科院上海巴斯德研究所江陸斌課題組）、鄭妍?。ㄖ锌圃荷虾Ｉ圃?上海交大醫(yī)學(xué)院健康科學(xué)研究所楊黃恬課題組）和閆成松（中科院上海生科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所許琛琦課題組）等人在實驗技術(shù)上的幫助。該研究工作先后在第五屆國際離子通道大會、第七屆東亞地區(qū)秀麗線蟲會議和戈登學(xué)術(shù)會議（Gordon Research Conference Ion Channel）獲得最佳墻報獎。研究經(jīng)費(fèi)支持來自國家自然科學(xué)基金委和中科院青年促進(jìn)會等項目。

　　（A）體外重現(xiàn)DNAJB12促進(jìn)hERG四聚化組裝。（B）體外重現(xiàn)DNAJB12促進(jìn)hERG四聚化組裝。（C）共表達(dá)DNAJB12或DNAJB14可以促進(jìn)hERG在體外脂質(zhì)體上形成有功能的離子通道。（D）模式圖：定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上伴侶分子促進(jìn)ERG家族鉀離子通道四聚化組裝。