PNAS解析调控心脏收缩的争议蛋白

　　

生物通报道：目前，布兰迪斯大学的研究人员，解开了心脏细胞中负责调控心脏收缩的一个有争议的结构。相关研究结果发表在2014年3月3日的《PNAS》杂志。

电压门控钾离子通道是分布最广、类型最多的一类离子通道，它存在于所有的真核细胞内，主要参与细胞膜静息电位和动作电位复极化过程的调节，决定着动作电位的发放频率和幅度。钾通道是大约50个基因编码的α亚单位的聚合物，单个钾通道是同源四聚体，4个亚基对称的围成一个传导离子的中央孔道，恰好让单个钾离子通过。心脏和内耳中的钠离子通道是由KCNQ1（Q1）编码的α亚基和KCNE1（E1）编码的β亚单位组成。Q1和E1的遗传性突变与心律失常和耳聋有关。（延伸阅读：Nature子刊：离子通道的新作用机制 ）

多年来，科学家们一直都在争论，构建一个钾离子通道到底需要多少数量的KCNE1蛋白，理论上是1到14之间的任何一个值。现在，布兰迪斯大学的研究人员发现，这些通道是由2个E1构建而成。对这个通道构造的了解，是理解威胁生命的心脏疾病（例如心律失常）和治疗这些疾病的药物开发的关键所在。

这份报道向以前一项“关于百万美元药物开发试验目前正使用哪一个的研究结果”发出了挑战，该研究认为每个通道必需1到4个E1。布兰迪斯大学的研究人员希望他们的这一新发现可能有助于制备更有效的模型，来研究心脏疾病及其治疗。

生物化学助理教授Leigh Plant，连同博士后研究人员Dazhi Xiong、Hui Dai和生物化学教授Steve Goldstein，在2014年3月3日的《PNAS》杂志上发表了相关研究结果。

一次单一的心跳是心脏肌肉缓慢的扩张和收缩。在某种程度上，心跳可以受心脏细胞表面的一系列通道控制，这些通道能够调控不同离子进出细胞的运动。钾离子通道，是由蛋白Q1和E1组成，对于结束每一次心脏收缩是至关重要的。Q1构建钾离子流经的孔道，E1s控制这个孔道如何缓慢的打开和关闭、每个细胞表面有多少通道以及它们如何被药物调控。

Goldstein带领的研究小组，以超高的检测灵敏度，在哺乳动物活细胞内观察到了E1，计算了单个通道中的蛋白质，而在这个研究领域中这些事情从来没有做过。由于这一机制已经被广泛地争论过，Goldstein及其研究小组因此使用三种不同的方法来计算E1，包括用不同的荧光染料标注它们，以及使用一种蝎毒素结合Q1。在每种方法中，研究小组都得到了相同的结果。结果表明，具有高水平E1的细胞中的钾离子通道，E1亚单位不超过2个。具有低水平E1的细胞产生的钾离子通道（2个E1亚单位）和Q1通道（没有E1亚基）——具有1个E1亚基的通道似乎不能形成或被限制不能在细胞表面表达。

然而，在科学上总是有争论的余地，Goldstein及其研究小组表示，他们希望这些发现将为研究人员提供一把典型的钥匙，解开心跳的纷繁难懂之处。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Individual IKs channels at the surface of mammalian cells contain two KCNE1 accessory subunits Abstract：KCNE1 (E1) β-subunits assemble with KCNQ1 (Q1) voltage-gated K+ channel α-subunits to form IKslow (IKs) channels in the heart and ear. The number of E1 subunits in IKs channels has been an issue of ongoing debate. Here, we use single-molecule spectroscopy to demonstrate that surface IKs channels with human subunits contain two E1 and four Q1 subunits. This stoichiometry does not vary. Thus, IKs channels in cells with elevated levels of E1 carry no more than two E1 subunits. Cells with low levels of E1 produce IKs channels with two E1 subunits and Q1 channels with no E1 subunits—channels with one E1 do not appear to form or are restricted from surface expression. The plethora of models of cardiac function, transgenic animals, and drug screens based on variable E1 stoichiometry do not reflect physiology.