Cell解决离子通道的重要争议

　　

生物通报道：钠离子通道和钙离子通道是细胞上非常关键的门户，允许钠离子和钙离子进入细胞。许多重要的生命过程都依赖于正确的钠离子和钙离子浓度，例如健康大脑中的信息交流和心脏收缩。日前科学家们发现，细胞的钠离子通道和钙离子通道采用相同的方式，对离子的流入量进行控制。这项发表在Cell杂志上的成果，将有助于人们开发新药，治疗癫痫、心脏病、肌无力等与离子通道有关的疾病。

早在二十世纪九十年代人们就发现，钠离子通道和钙离子通道的一部分具有惊人的相似性，而它们的其他部分却大相径庭。“我们的研究显示，这个‘通用元件’源自于两种离子通道的共同祖先，”这项研究的领导者，Johns Hopkins 大学医学院的David Yue教授说

研究人员发现，钙离子通道中的这个通用元件支持着一个重要的功能，当细胞内的钙离子水平较高时它能阻止通道打开，防止细胞累积过多的钙离子。这种控制需要钙调蛋白calmodulin结合在通用元件上，calmodulin负责感知钙离子。

钠离子通道中是否也存在类似的机制呢？在此之前，不同研究团队报告了相互矛盾的结论。人们甚至怀疑通用元件是不是已经在漫长的岁月中受损，又或者这种机制压根就不成立。

Yue实验室的Manu Ben-Johny对这个问题进行了研究。“我们认为，这些矛盾性的结果与传统方法存在缺陷有关。”（延伸阅读：Cell封面文章，解决三十年细胞谜题）

为此，研究人员构建了能够由光照开启的分子“牢笼”，并将钙离子与之结合。他们通过这一途径将钙离子“偷运”进细胞，以便研究钙离子浓度突然改变对钠离子通道的影响。研究显示，当钙离子浓度升高时，calmodulin会与钠离子通道的通用元件结合，阻止它们开启。

Yue指出，发现钠离子通道和钙离子通道的通用控制元件，将产生深远的影响。例如，可以帮助人们进一步理解钙离子调控缺陷所造成的疾病。此外，“人们一直在寻找调控钠离子通道和钙离子通道的新方法，靶标通用控制元件将会成为一个全新的途径。”

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文摘要：

Conservation of Ca2+/Calmodulin Regulation across Na and Ca2+ Channels

Voltage-gated Na and Ca2+ channels comprise distinct ion channel superfamilies, yet the carboxy tails of these channels exhibit high homology, hinting at a long-shared and purposeful module. For different Ca2+ channels, carboxyl-tail interactions with calmodulin do elaborate robust and similar forms of Ca2+ regulation. However, Na channels have only shown subtler Ca2+ modulation that differs among reports, challenging attempts at unified understanding. Here, by rapid Ca2+ photorelease onto Na channels, we reset this view of Na channel regulation. For cardiac-muscle channels (NaV1.5), reported effects from which most mechanistic proposals derive, we observe no Ca2+ modulation. Conversely, for skeletal-muscle channels (NaV1.4), we uncover fast Ca2+ regulation eerily similar to that of Ca2+ channels. Channelopathic myotonia mutations halve NaV1.4 Ca2+ regulation, and transplanting the NaV1.4 carboxy tail onto Ca2+ channels recapitulates Ca2+ regulation. Thus, we argue for the persistence and physiological relevance of an ancient Ca2+ regulatory module across Na and Ca2+ channels.