本文選題：離子通道 + KCNQ家族��； 參考：《華中科技大學(xué)》2009年博士論文

【摘要】： 離子通道是一種能夠調(diào)節(jié)細胞膜兩側(cè)離子流的融合蛋白，它是神經(jīng)、肌肉和其它組織細胞膜興奮的基礎(chǔ)，也是生物電活動的基礎(chǔ)。鉀離子通道是迄今為止類型最多的一類離子通道，它們廣泛地分布于骨骼肌、神經(jīng)、心臟、血管、氣管、胃腸道、血液、內(nèi)分泌和腺體等細胞。KCNQ基因編碼的鉀離子通道家族是電壓門控鉀離子通道的一個重要分支，在心臟中大量表達，在內(nèi)耳也有分布。KCNQ1及其輔助亞基minK形成的KCNQ1／minK復(fù)合體能夠產(chǎn)生延遲外向整流鉀電流I_(KS)，該電流幫助終結(jié)心肌細胞中的動作電位，KCNQ1基因若發(fā)生突變，就會引起該通道的功能紊亂，從而引起心臟長QT綜合征，即LQTS，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的心律不齊，室顫甚至心臟休克。目前發(fā)現(xiàn)許多疾病與KCNQ基因突變或其編碼的鉀離子通道功能失調(diào)有關(guān)，鑒于這些原因，弄清楚KCNQ1通道的相關(guān)特性，無論對于離子通道學(xué)，還是臨床醫(yī)學(xué)都會具有很大的貢獻。 本文在HEK293細胞上研究了KCNQ1突變基因L191P導(dǎo)致LQT1的機制。在KCNQ1基因中有超過100種突變是引發(fā)1型LQTS(LQT1)的主要原因，有報道發(fā)現(xiàn)，位于1 91位點的亮氨酸突變L1 91 P能夠直接引發(fā)LQT1，該突變點位于KCNQ1基因的S2-S3連接區(qū)域，大約有16％的LQTS突變點位于該區(qū)域中。在電生理實驗結(jié)果中，我們發(fā)現(xiàn)L1 91 P／minK產(chǎn)生的電流遠遠小于正常的WT／minK的電流，電流-電壓(IV)曲線中顯示L191 P／minK的電流減少到WT／minK的電流的一半以下，但是電導(dǎo)-電壓(GV)曲線中顯示沒有明顯的變化。在免疫熒光成像結(jié)果中，我們卻發(fā)現(xiàn)L191 P使得正常的KCNQ1蛋白上膜量大大降低，因此推斷該突變通道因上膜量劇烈變化使得心肌鉀電流I_(Ks)大大減小，從而影響動作電位復(fù)極化，導(dǎo)致LQTS的產(chǎn)生。 為了更進一步了解這種上膜量的變化原因，我們將這個點的氨基酸殘基Leu突變成疏水性不同的氨基酸(Phe＞Leu＞Val＞Trp＞Ala＞Pro＞Lys＞Asp)，發(fā)現(xiàn)這些突變隨著其疏水性的減弱，其上膜能力也逐漸減弱。通過建立E(?)M模型，我們歸納出這一規(guī)律遵循的波爾茲曼公式，應(yīng)用于因能量變化而改變膜蛋白上膜效率的情況。同時，通過建立二項式分布模型，我們解釋了dominant-negative效應(yīng)的存在是LQT1表型存在的本質(zhì)。 本文還在非洲爪蟾Xenopus laevis卵母細胞上研究了乙醇(酒精)阻斷KCNQ1通道的機制。乙醇對人體具有廣泛的藥理學(xué)影響，研究者們知道乙醇對腦、心臟和肝臟等的功能會產(chǎn)生不良影響，但不了解它起作用的機制。我們通過雙電極電壓鉗檢測，結(jié)果表明乙醇能夠特異性阻斷I_(Ks)電流，與其類似的其它直鏈烷醇亦能夠阻斷該通道，而且烷醇鏈長越長，相同濃度下阻斷能力越強。這種阻斷效果不僅具有電壓依賴性，還同時兼具關(guān)閉態(tài)阻斷和開放態(tài)阻斷的特點，說明酒精阻斷KCNQ1通道的作用位點可能既存在于細胞外，也存在于細胞內(nèi)。通過突變掃描比對，我們還發(fā)現(xiàn)KCNQ1上氨基酸Ile257在酒精等烷醇對KCNQ1通道的阻斷過程中起著重要的作用。 我們還借助MedLab生物信號采集處理系統(tǒng)，連續(xù)測量注射不同濃度乙醇的小鼠心電圖，結(jié)果表明一定濃度下乙醇(較低或者很高濃度)能夠阻斷心肌鉀離子通道，從而延遲動作電位的復(fù)極化，，進而延緩心率；而某一特定濃度下的乙醇(較高安全濃度)能夠刺激心肌鉀離子通道的開放，從而加速動作電位的復(fù)極化，進而加速心率。我們利用了“口袋”模型進一步闡明烷醇和KCNQ1通道相互作用機制，這對以KCNQ1通道為靶點的藥物研究有著重要意義。
[Abstract]:Ion channel is a fusion protein that regulates the ion flow on both sides of the cell membrane. It is the basis of the excitement of nerve, muscle and other tissue cell membranes. It is also the basis of bioelectrical activity. Potassium channels are the most types of ion channels so far. They are widely distributed in skeletal muscles, nerves, heart, blood vessels, trachea, and gastrointestinal tract. The.KCNQ gene coded potassium channel family of blood, endocrine and glandular cells is an important branch of the voltage-gated potassium channel, which is widely expressed in the heart, and the KCNQ1 / minK complex, formed by the distribution of.KCNQ1 and its auxiliary subunit minK in the inner ear, can produce a delayed extroverted rectifier potassium current I_ (KS), which helps to end the current. The action potential in the cardiac myocytes, if the KCNQ1 gene mutation, causes the dysfunction of the channel, causing the heart long QT syndrome, that is, LQTS, which eventually leads to severe arrhythmia, ventricular fibrillation and even cardiac shock. Many diseases are currently found to be associated with the KCNQ gene mutation or its coded potassium channel dysfunction, given these The reasons for identifying the related properties of KCNQ1 channels will contribute greatly to both ion channels and clinical medicine.
In this paper, the mechanism of the KCNQ1 mutation L191P causing LQT1 was studied on HEK293 cells. More than 100 mutations in the KCNQ1 gene are the main causes of the type 1 LQTS (LQT1). It is reported that the leucine mutation at the 191 site, L1 91 P, can directly trigger LQT1, which is located in the S2-S3 junction region of the KCNQ1 gene, about 16% In the electrophysiological experiment, we found that the current produced by L1 91 P / minK is far less than the normal WT / minK current, and the current voltage (IV) curve shows that the current of L191 P / minK decreases to less than half of the current of WT / minK, but there is no obvious change in the conductance voltage curve. In the results of immunofluorescence, we found that L191 P greatly reduced the amount of the normal KCNQ1 protein on the membrane. Therefore, it was inferred that the abrupt change in the amount of the upper membrane caused the myocardial potassium current I_ (Ks) to be greatly reduced, thus affecting the repolarization of the action potential and leading to the production of LQTS.
In order to further understand the cause of the change in the amount of the membrane, we turn the amino acid residue Leu of this point into a hydrophobic amino acid (Phe > Leu > Val > Trp > Ala > Pro > Lys > Asp). It is found that these mutations decrease with their hydrophobicity weakening. By establishing E (?) M model, we conclude this A regular Boltzmann formula is applied to change the membrane efficiency of membrane proteins due to energy changes. At the same time, by establishing a binomial distribution model, we explain that the existence of the dominant-negative effect is the essence of the existence of the LQT1 phenotype.
This paper also studies the mechanism of ethanol (alcohol) blocking the KCNQ1 channel on the Xenopus laevis oocytes of Xenopus Xenopus. Ethanol has extensive pharmacological effects on human body. Researchers know that ethanol has adverse effects on brain, heart, liver and other functions, but does not understand the mechanism of its effect. We use dual electrode voltage tweezers to detect the effects of ethanol. The results show that ethanol can specifically block the I_ (Ks) current, and its similar direct chain alkanols can block the channel, and the longer the alkanol chain length, the stronger the blocking ability under the same concentration. This blocking effect not only has voltage dependence, but also has the characteristics of closed state blocking and open state blocking, indicating that alcohol is blocking KCNQ1. The site of the channel may exist both in the cell and in the cell. Through the mutation scan comparison, we also found that the amino acid Ile257 on KCNQ1 plays an important role in the blocking of KCNQ1 channels.
We also use the MedLab biological signal acquisition and processing system to continuously measure the electrocardiogram of mice injected with different concentrations of ethanol. The results show that ethanol (lower or very high concentration) at a certain concentration can block the potassium channels of the myocardium, thus delaying the repolarization of the action potential and postponing the heart rate; and the higher alcohol (higher) at a certain concentration (higher) Safety concentration stimulates the opening of the potassium channels of the myocardium, thus accelerating the repolarization of the action potential and accelerating the heart rate. We use the "pocket" model to further elucidate the interaction mechanism of alkanols and KCNQ1 channels, which is of great significance for the study of drugs targeting the KCNQ1 channel.

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：R363.2

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本文編號：1789661