钾通道家族新成员_双孔道钾通道的研究进展_cropped

钾通道家族新成员_双孔道钾通道的研究进展_cropped 3 钾通道家族新成员 :双孔道钾通道的研究进展 ()张 炜 王晓良 中国医学科学院协和医科大学药物研究所 , 北京 100050 ( ) 摘要 双孔道钾通道 K是钾通道超家族的新成员 。它广泛分布于兴奋和非兴奋组织中 ,具有 4 2 P 次跨膜片段 、两个孔道结构域的结构特征 ,目前主要分为 : TW I K、多不饱和脂肪酸激活的钾通道 、 TA S K 和 KCN K 沉寂亚单位四类 。K具有瞬间激活和不失活 ,以及对 T EA 、42A P 等经典钾通道 2 P 阻断剂不敏感的电生理特性 ,参与调节背景钾电流或钾漏流 。许多机械性和化学性刺激如细胞牵 拉 、p H 值的变化 、第二信使 、花生四烯酸和吸入麻醉剂等均参与调控 K通道 。 2 P 关键词 双孔道钾通道 ;机械性敏感性 ;化学性敏感性 学科分类号 R338 ) ( )钾离子通道是位于生物膜上允许钾离子通过的 和 TRAA KTW I K 2相关的花生四烯酸 AA 通道 蛋白复合物 ,细胞膜两侧的钾离子通过钾通道可以 激活钾通道 ]是多不饱和脂肪酸和牵拉激活的钾通 被动转运 ;它们在调节钾离子稳态 、细胞容积方面起 道 ,以及 AA 激活的 T H I K21 和 T H I K22 的钾通道 ; 重要作用 ,并通过调节膜电位等生理功能进一步调 () ( 3TA S K21 、TA S K22 和 TA S K23 与 TW I K2相关控递质释放 、激素分泌 , 以及神经 、肌肉的兴奋性 。 ) 的对酸敏感钾通道和 KT323 、TAL K21 、TAL K22 是 钾离子通道在几乎所有兴奋性细胞和绝大多数非兴 () 酸敏感钾通道 ; 4KCN K6 和 KCN K7 是沉寂亚单 奋性细胞的静息膜电位的维持过程中起着主要作 位 ,需要与其它结构域结合才能被激活 。 用 ,并且钾通道的活性直接影响动作电位的频率和 二 、双孔钾通道分子结构特征时程 。 4 TM S/ 2 P 通道亚单位的共同特征是 307,499 一 、钾通道分类 位氨基酸残基延伸并形成一个共同的构象 ,如图 1 在过去的十几年中 ,由于克隆技术的广泛应用 ,( ) 所示 Goldstein 等 . 1996, 其结构特征是形成 4 次 已经明确了许多钾通道亚型的结构 。按照它们的膜 ( ) ( ) 跨膜片段 M12M4、2 P 结构域 P12P2 、短的 N 末 拓扑结构 ,将其分成三类 。最大的一类钾通道由 6 端和长的 C 末端胞质部分 ,以及一个位于 M1 和 P1 ( ) ( ) 次跨膜结构 6 TM S和一个孔道结构域 1 P组成 , 之间延伸到胞外的环 。孔道结构域以外的其它亚单孔道结构域决定钾离子通过的选择性 ; 第二类钾通 ( ) 位与 道的孔道形成亚单位由两次跨膜 2 TM S和 1 P 组 6 TM S/ 1 P 和 2 TM S/ 1 P 之 间 同 源 部 分 较 少 。 成 。克隆出的这两类亚单位结合相关的调节亚单 K通道 亚 单 位 的 序 列 同 源 性 较 低 , 除 了 TW I K21 2 P位 ,可以在体内外重新构建成多种不同的钾通道 ,例 和 TW I K22 同源性是 58 % , TR E K21 和 TRAA K 是 如电压依赖性钾通道 、钙激活钾通道 、A TP 敏感钾 54 %外 , 其 它 从 人 类 基 因 克 隆 出 的 亚 单 位 不 超 过通道 、G 蛋白偶联钾通道和内向整流钾通道 。最后 45 % 。该通道的保守序列与其功能特性的保守密切 一类 ,是最近才发现的一类钾通道 ,它们的钾离子选 相关 ,但是 , TA S K21 和 TA S K22 虽有相似的功能而 ( 择性孔道形成亚单位由 4 次或 8 次跨膜 4 TM S / ( ) 序列差异较大 同源性 33 %,这 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明只比较 K通 2 P ) () 8 TM S和双孔区 2 P结构域组成 。K的命名得益 2 P 道的序列不足以预测其功能 。 于它们独特的22 P 结构域 。 已经证实钾通道的功能标志是它的孔道结构域 目前已经从啮齿类动物和人体内克隆出多个亚( ) 的甘氨酸2酪氨酸2甘氨酸 GYG序 列 , 在 K通 道 2 P 型的 K通道 , 它们均为 4 TM 结 构 可 以 分 成 4 组 2 P ( )) () ( GYG 模 体 被 甘 氨 酸2苯 丙 氨 酸2甘 氨 酸 GF G ( Chap man 等 . 2000: 1TW I K21 和 TW I K22 前后 ) 两个 P 结构域形成弱内向整流钾通道可形成弱的 ( ) TA S K21 、TA S K22 、TR E K21 和 TRAA K或甘氨酸2 ( ) ( 内向整流 ; 2TR E K21 、TR E K22 TW I K2相关的钾 ( ) ( ) 亮 氨 酸2甘 氨 酸 GL GTW I K21 和 TW I K22 替 3 国 家 重 点 基 础 研 究 规 划 项 目 973 计 划 资 助 课 题 ( )G1998051106 ( ( )) 代 Reyes 等 . 1998; 而 KCN K7 谷氨酸残基 GL E 道结构域也与其它钾通道亚单位的序列不同 。双孔 1 ( ) 替代了保守的胱氨酸残基 GL G,这种序列的变 钾通道的跨膜结构如图 1 所示 。 化将导致离子选择性的变化 。 三 、K通道的分布2 P K通 道 分 布 广 泛 , 几 乎 遍 布 各 个 组 织 器 官 。 2 P TW I K 通道广泛分布于成年鼠和人类除骨骼肌外的 所有 组 织 , 在 脑 中 TW I K21 的 表 达 量 显 著 高 于 TW I K22 ,原位杂交的结果显 示 TW I K21 分 布 于 海 (马 、小脑颗粒细胞和小脑浦肯野氏细胞 L esage 等 . ) 1997。TA S K 通 道 主 要 分 布 于 胰 腺 、胎 盘 、肾 脏 、 肺 、肝 、卵巢 、前列腺和小肠 , 大多数 TA S K 通道分 布于非兴奋组织 ,但 TA S K21 除外 ,它分布于脑和心 脏 ,啮齿类动物心脏的 TA S K21 通道分布于心房肌 2 3 细胞,在脑中 TA S K21 、TA S K23 表达于神经元。 TAL K21 专一表达于胰腺 , 而 TAL K22 除分布于胰 ( 腺外 ,还 表 达 于 肝 脏 、胎 盘 、心 肌 和 肺 Girard 等 .图 1 双孔道钾通道的结构模式 ( )SID 自身结合结构域 ) 2001。人类 KT3 . 2 mRNA 主要表达于小脑 , 大鼠 KT3 . 2 广泛分布于中枢神经系统 , 高表达于小脑 、 脊髓 、视丘和大脑皮层 。 21 可以通过二硫键自我聚合形成同源二 TW I KTR E K21 在 人 类 主 要 表 达 于 脑 、卵 巢 和 小 肠 , ( ) 聚体 L esage 等 . 1996 , 这 种 二 聚 体 包 括 4 P 结 构 4 TRAA K 在人类高表达于脑和胎盘, 在小鼠体内 域 ,该结构域是 6 TM S/ 1 P 或 2 TM S/ 1 P 钾通道形成 TRAA K 专 一 表 达 于 脑 , 而 在 小 鼠 体 内 的 组 织 钾离子选择性孔道的关键部分 ,它还可以通过二硫TR E K21 分布多于人类 , 免疫定位 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明 TR E K 和 TRAA K 两 种 通 道 的 亚 细 胞 分 布 是 不 同 的 , 键和 其 它 亚 单 位 组 成 非 共 价 四 聚 体 。W ES T ERN TRAA K 主要表达与胞体 ,轴突和树突较少 , TR E K2 BL O T 分析证明 ,小鼠脑中的 TW I K21 通过二硫键 5 1 分布于所有神经元的树突, 而 T H I K21 、2 则主 形成多聚体时其分子量为 81 kD ,当其解聚为单体时 要表达于人脑 。KCN K6 高表达于眼 、胚胎及成熟 () 分子量为 40 kD L esage 等 . 1997。而位于 M1 P1 结 个体的肺 、胃 , 原位杂交和免疫组化分析表明 KC2构域之间的 44 个氨基酸残基是形成自我二聚体的 N K6 主要表达于眼神经节和部分神经元的细胞内 关键部分 。二级结构分析表明 TW I K21 可 以 形 成 核 , KCN K7 分布比 KCN K6 广 ,高表达于外周血淋 α含有极性氨基酸和带电氨基酸的两性2螺旋即典型 巴细胞 。 的并指状螺旋 , 链间连接由半胱氨酸形成二硫键 。 四 、K通道的生理意义及调节机制2 P 半胱氨酸对通道功能的表达至关重要 ,如果 TW I K2 () 一TW I K21 和 TW I K22 当在外源系统表达 ( 1 的半 胱 氨 酸 残 基 由 丝 氨 酸 残 基 代 替 L esage 等 . ) 1996、TW I K22 的半胱氨酸由丙氨酸代替 , K通道 2 P时 , TW I K21 和 TW I K22 都可产生具有瞬时和不失 将失去其原有功能 。K通道除 TA S K21 外都含有 2 P 活特性的弱的钾电流 ,当去极化激活外向电流时 ,可 半胱 氨 酸 , 且 大 多 位 于 细 胞 外 M1 P1 结 构 域 的 69 以观察到该电流为一弱的内向整流 。在细胞外钾离 位 ,在昆虫或 CO S 细胞中进行表达时都参与形成共 子浓度为 140 mmol/ L 时 TW I K21 的电导 为 34p S ,价同源二聚体 。由于不同 K通道 M1 P1 结构域的 2 P α差异较小 ,且二级结构多为两性2螺旋 ,因此 M1 P1 结构域是 K通道形成二聚体所必须的部分 , 其作 2 P , 即静息电位 。 其激活电压接近钾离子的平衡电位 用可能是结合于调节因子或细胞外配体 ,参与调控 2 + ( μTW I K21 可被 Ba 、奎宁 、奎尼丁 50mol/ L > IC 501 该通道活性 。KCN K6 亚单位克隆于小鼠, 它 具 μ) 2 + > 100mol/ L 阻 断 , TW I K21 和 TW I K22 对 T EA 、 有典型的 4 TM/ 2 P 拓扑结构和 Ca结合 EF 手模 + 4A P 和 Cs 不敏感 ,它们的调节特性相似即 P KC 活体 。当在外源系统 CO S 细胞表达时 , KCN K6 与其 它 K通 道 一 样 也 可 形 成 2 聚 体 。 KCN K7 没 有 化可上 调 TW I K 电 流 , 而 细 胞 内 环 境 酸 化 可 下 调 2 P KCN K6 的 EF 手模体 ,另外 KCN K7 在其第二个孔 TW I K 电流 ,激活 P KA 以及改变细胞外 p H 值不能 激活 TW I K 通道 , 将 TW I K21 的 P KC 磷酸化位点 突变不影响其活性 ,表明这些调节作用可能是间接 以及维持细胞静息电位起重要作用 。应用细胞外 推 测 其 主 要 功 能 是 调 节 背 景 钾 电 流 。在 脑 中 p H 敏感电极可观察到刺激可引起细胞外 p H 变化 , TW I K21 高表达于海马 、小脑颗粒细胞和浦肯野细 胞 ,因此 TW I K21 可能是维持神经元静息电位的主 电刺激海马脑片上的 Schaeffer 连接纤维细胞 、或光+ 要通道 。与 TW I K21 相似 , TW I K22 也参与调控细 刺激视网膜或小脑平行纤维都可诱发细胞释放 H - 胞膜静息电位 ,并在动作电位复极化的早期和晚期 ( 或 O H ,使细胞外 p H 在 7 . 4 附近发生波动 7 . 4 ? 阶段发挥重要作用 。 ) () 0 . 3Dup rat 等 . 1997。由于 TA S K21 通道上存在PD Z 结构域结合的位点 ,表明 TA S K21 通道可表达 () 二TA S K21 和 TA S K22 TA S K21 是 第 一 个 于突触末端 ;细胞外 p H 可调节 TA S K21 通道开放 , 从哺乳动物克隆的钾通道 ,它可产生背景电流或基 证明细胞外 p H 可调节神经元活性 。( ) 础电导 L eo no udakis 等 . 1998 。这 些 电 流 可 以 随 () 三不 饱 和 脂 肪 酸 和 牵 拉 激 活 的 TR E K 和电压的变化而发生瞬间变化 ,但不依赖于时间和电 TRAA K 通道 TR E K21 、TR E K22 和 TRAA K 能够 压 ,也不表现激活 、失活和灭活动力学 , 在细胞内外 被多不饱和脂肪酸和牵拉激活 。与 TA S K21 相似 , 钾离子不对称的情况下 , TA S K 通道可显示外向整 这些通道可以产生瞬时电流 ,且在生理状态的钾离 流特性 ,这种整流近似于 Goldman2Ho dgkin2Katz 方子浓度差下 ,它们具有外向整流特性 。单通道记录 程电流 。与 TA S K21 不同 , TA S K22 电 流 动 力 学 分 时 ,在细胞内外钾离子浓度相同时 , TRAA K 电流的 析为快速激活通道 ,其动力学符合单指数方程 ,时间 动力学特征与 TA S K21 相似为线性 ,而 TR E K21 依 ( ) 常数为 60 ms Reyes 等 . 1998。TA S K22 没有整流 旧 为 外 向 整 流 导 致 细 胞 超 极 化 。 TR E K21 和 特性 ,且缺乏内在的电压敏感性 , TA S K21 和 TA S K2 TRAA K 通道开关迅速 , 在细胞内外钾离子浓度均2 在细胞膜内外钾离子浓度为 150 mmol/ L 时 ,其电 为 150 mmol/ L 时 它 们 的 电 导 分 别 为 100 和导分别为 14 和 60p S 。TA S K21 、TA S K22 和 TA S K2 6 45p S。2 + + 3 对 Ba、Cs 、T EA 和 42A P 不敏感 , TA S K22 可被在异源表达系统 , TR E K21 和 TRAA K 电流比 ( μ( μ) 奎宁 IC= 22mol/ L 和奎尼丁 100mol/ L 可抑50 () TA S K 通道的基础活性低 ,溶血卵磷脂 L PC和 AA 2 + ) 制 65 %阻断 。TA S K21 对 Zn敏感性较 TA S K22 可激活 TR E K21 和 TRAA K 通道 ,该激活作用可被 ( μ) 高 IC= 175mol/ L ,所有 TA S K 通道都可被利多 50 7 逆转 ,并具有浓度依赖性, 且这一激活作用取决卡因和普鲁卡因阻断 。TA S K 电流对细胞外 p H 非 于该通道的 C 末端 。应用 AA 代谢抑制剂混合灌流 常敏感 ,90 %的最大 TA S K21 和 TA S K22 电流分别 是在细胞外 p H7 . 7 和 8 . 8 时记录到的 ,0 mV 时抑制 仍可激活 TR E K21 和 TRAA K 通道 ,表明 AA 是直 接作用的 ,与其代谢物无关 ;且这一作用是不饱和脂 ( 50 %电 流 的 p H 分 别 是 7 . 3 和 8 . 3 Dup rat 等 . () 肪酸的特性 ,饱和脂肪酸 软脂酸 、硬脂酸不能激活) 1997; 而 TA S K23 在 0 mV 时抑制 50 %电流的 p H 该通道 。为 6 . 6 ,但细胞外 p H 是通过增加通道开放数目发挥 T H I K22 的 功 能 尚 不 清 楚 , T H I K21 对 L PC 不 作用的 ,而不改变单通道电导 ,因此不影响该电流的 + 敏感 ,AA 可激活该通道 ,且 AA 的激活作用显著弱 动力学特征 。TAL K21 和 TAL K22 对 T EA 、Cs 、42 于 TR E K21 、TR E K22 和 TRAA K 通 道 。在 细 胞 内 A P 、花生四烯酸和高渗溶液等能激活蛋白激酶 C 和2 + 外钾离子浓度相同时 T H I K21 通道电流为弱的内向 A 的成分不敏感 ,但可被 Ba、奎宁 、奎尼丁 、氯仿 、 8 整流 ,氟烷可抑制该电流。氟烷和异氟烷激活 。当细胞外高钾时 , KT3 . 2 可产 激活 TR E K21 和 TRAA K 的另一途径是牵拉细 生弱的外向整流 , 与 TA S K21 不同 , KT3 . 2 对细胞 胞膜 , 加 压 、牵 拉 、细 胞 肿 胀 都 可 开 放 TR E K21 和 内外的 p H 不敏感 。 TRAA K 通 道 , TR E K21 的 半 数 激 活 压 力 是TA S K 通道的主要作用可能是维持细胞静息膜 ( ) 36 mm Hg 而 TRAA K 是 46 mm Hg Fink 等 . 1998 ,电位 ,与其它通道相比 TA S K 通道的表达量较低 , 通过生物或物理方式损伤细胞骨架 、牵拉细胞可以 因此研究漏流钾通道较困难 。TA S K 通道也是时间 开放 TR E K21 和 TRAA K 通道 ,上述结果表明细胞 和电压非依赖性的钾通道 ,且没有特殊的药理学特 骨架可抑制该通道 ,但是它们的门控机制则与细胞 性 。在心肌 、神经元 、平滑肌等组织已经记录到背景 骨架无关 ,因此提示 TR E K21 和 TRAA K 通道的激 钾电流 ,所有的这些电流都是半瞬时和不失活的钾 活直接与细胞膜相关 ,在细胞膜上插入一物质使细电流 ,它们没有门控电压 ,在生理状态的钾离子浓度 2 +胞形状发生改变 ,可引起 TR E K21 和 TRAA K 通道 下 ,其特征是一外向整流 。不同 TA S K 通道对 Ba 活性的改变 。脂质双层的阴离子和中性分子可激活 反 应 性 不 同 。可 兴 奋 组 织 的 背 景 电 流 主 要 是 该通 道 , 而 阳 离 子 则 抑 制 该 通 道 的 活 性 。此 外 TR E K21 通道具有温度敏感的特性 ,在背根神经节 K通道功能的多样性和分布的广泛性 ,由于 2 P () D R G的感觉神经元和视丘的前下部的寒冷敏感 K通道可能具有包括调控膜电位在内的多种生理2 P8 功能 ,阐明这些生理功能需要更好的分析这些通道 神经元 , TR E K21 通道为该神经元的温度感受器, 在整体中的药理学特性 。筛选出该通道特殊的阻断 因此 TR E K21 可能在中枢体温调节过程中具有重 剂和开放剂也将具有广泛的前景 。在脑缺血时 , K2 P 要作用 。 通道具有重要的神经保护作用 ; 而最近的研究证明 牵拉敏感的 TR E K21 和 TRAA K 通道可被微摩 吸入性麻醉剂可以激活 TR E K21 和 TA S K21 , 神经 + 尔浓度的 Gd 可逆抑制 ,对 T EA 和 42A P 不敏感 , 2 + 高浓度的 Ba只能轻度激活 TR E K21 和 TRAA K保护剂 riluzole 可激活 TRAA K 通道 ,因此 , K 通道 2 P ( μ通道 , TR E K21 可 被 奎 尼 丁 阻 断 IC= 100mol/ 50 将会成为未来开发麻醉药和神经保护剂的新靶点 。 ) L, 肌 萎 缩 侧 索 硬 化 神 经 保 护 剂 riluzole 可 开 放 9 参 考 文 献 TR E K21 和 TRAA K 通 道。与 TRAA K 相 比 , TR E K21 还有其它功能 ,普通吸入麻醉剂卤烷和异 1 Salinas M , Reyes R , L esage F , et al . Clo ning of a new 氟烷可激活 TR E K21 和 TRAA K、T H I K21 通道 , 但 mouse t wo2P do main channel subunit and a human ho mo2 与 TA S K21 不同 , TR E K21 也可以被氯仿和乙醚激 logue wit h a unique pore st ruct ure. J Biol Chem , 1999 , 27411751,11760 . t活 。激活 P KA 和 P KC 可抑制 TR E K21 , 而不影响 TRAA K。P KA 的磷酸化位点位于该通道的胞质 CKim Y , Bang H , Kim D. TBA K21 and TAS K21 , t wo2pore 2 + 末端部分 ,细胞内酸化也可激活 TR E K21 ,降低细胞 Kchannel subunit s : kinetic p roperties and exp ressio n in rat heart . Am J Physiol , 1999 , 277t H1669,1678 . 内 p H 可导致压力激活曲线向正向移动 , 引起在常 Talley EM , Solorzano G , L ei Q , et al . Cns dist ributio n of 压下通道开放 。突变分析揭示 TR E K21 的 C 末端 3 ( ) members of t he t wo2pore2do main KCN Kpotassium chan2 是通道机械门控调节 、AA 活化 、细胞内 p H 敏感性 10 nel family. J Neurosci , 2001 , 21t7491,7505 . 的关键部分。 ) ( Baclofen GABA受体结合剂或乌拉坦可活化 L esage F , Maingret F , L azdunski M . Clo ning and exp res2 B 4 哺乳动物神经元上的 TR E K21 通道 , 产生 TR E K21 sio n of human TRAA K , a polyunsat urated fat ty acids2acti2 ( ) 电流 Wagner 等 . 1997, 而 AA 可激活哺乳动物神 + vated and mechano2sensitive channel . F EBS L et t , K经元 、心脏 、和平滑肌上的背景钾电流 ,因此背景钾 2000 , 471t137,140 . 电流的主要成分为 TR E K21 和/ 或 TRAA K ,并且该 5 Reyes R , L auritzen I , L esage F , et al . Immunolocalizatio n 电流在中枢神经系统分布广泛 。 of t he arachido nic acid and mechanosensitive baseline TRAA K potassium channel in t he nervous system. Neuro2 () 四KCN K6 和 KCN K7 沉寂亚单位 KCN K6 science , 2000 , 95t893,901 . 亚单位存在于胞质网状组织 ,不能在细胞膜形成离 Maingret F , Fosset M , L esage F , et al . TRAA K is a 6 子通道 。基因突变分析揭示 KCN K6 并不表达于细 + mammalian neuro nal mechano2gated K channel . J Biol 胞内 ,而是通过一目前尚未清楚的成分运送到细胞 Chem , 1999 , 274t1381,1387 . 膜 ,组成离子通道 。在出生后两天的哺乳动物视网Rajan S , Wischmeyer E , Karschin C , et al . T HI K21 and 2 + 7 膜上可以观察到第一次自发的 Ca波动 ,这一现象 + T HI K22 , a novel subfamily of tandem pore do main K 被认为是在发育阶段神经节细胞爆发动作电位 ,导 channels. J Biol Chem , 2001 , 276t7302,7311 . 2 + 致 Ca内流造成的 ; KCN K6 通道出现于发育早期 ,8 Maingret F , L auritzen I , Patel AJ , et al . TR E K21 is a 2 + 2 + 具有 Ca结合位点 ,即潜在的 Ca传感器功能 ,以 + heat2activated background K channel . EMBO J , 2000 , 及选择性表达于神经节细胞 ,因此 KCN K6 在视网 19t2483,2491 . 2 膜的电信号调节过程具有重要作用。 Dup rat F , L esage F , Patel AJ , et al . The neurop rotective 9 KCN K7 通 道 克 隆 于 人 类 钾 通 道 亚 家 族 , 与+ agent riluzole activates t he t wo P do main channels K KCN K6 密 切 相 关 。尽 管 KCN K6 和 KCN K7 有TR E K21 and TRAA K. Mol Pharmacol , 2000 , 57t906 , 1 94 %的同源性, 但它们却有许多不同之处 , 因此912 . KCN K6 和 KCN K7 可能是人和小鼠校正基因的产 Maingret F , Patel AJ , L esage F , et al . Mechano2 or acid 10 物 。KCN K7 与 KCN K6 相同 ,难以单独表达通道活 stimulatio n , t wo interactive modes of activatio n of t he 性 。TR E K21 potassium channel . J Biol Chem , 1999 , 五 、展望274t26691,26696 .