文摘
电压门控钠通道(VGSCs)是重要的膜蛋白进行分子基础神经动作电位(AP)的解雇。尽管结构研究是最追求的斑点,posttranslation修改流程,如糖基化、磷酸化和可变剪接与通道功能捕捉不通过。累计研究表明唾液酸链之间的相互作用和离子渗透毛孔,引起微妙但重大影响渠道控制。钠channel-specific毒害神经的毒素,一个家庭的长链多肽起源于有毒的动物,发现潜在的共享结合位点附近VGSCs糖基化的地区。因此,毒素之间的交互和糖化VGSC可能希望加入中糖基化的角色的运动方法调制VGSCs-involved神经元网络活动。本文将介绍先进的进步研究glycosylation-mediated VGSCs功能和可能潜在的毒素和糖化VGSCs之间的相互作用机制,这可能因此,满足知识识别VGSCs的药理靶点和治疗价值。
1。介绍
在神经元和最易激动的细胞,多种形式的动作电位由去极化的神经元活动被认为是占据时空的激活和积分表演的组织VGSCs [1]。一般来说,VGSCs包含一个α亚基(260 kDa)和几个辅助β子单元(β1 -β4,33-38 kDa)。的α亚基是在四个同源域组织良好(DI-DIV)含有六个跨膜段(S1-S6)。时发针形般的循环S5和S6部分地区之间充当离子渗透孔隙(2]。值得注意的是,这两个α和β子单元高度糖基化的蛋白质cross-membrane [3- - - - - -7)(图1)。
最常见的糖基化网站VGSCs蛋白质主要是由N-linked唾液酸,(8]。估计表明VGSC总数的15% - -40%α亚基分子量是碳水化合物6,7,9]。大约40% - -45%添加碳水化合物残留的唾液酸,半个导致的估计有100每个亚基分子(唾液酸残基6,9]。到目前为止,通过生物信息学预测,发现的潜在细胞外糖基化网站主要分布在孔隙衬里DI S5-S6之间αVGSCs亚基,少的,然而,funtionally特征(5,10,11]。远低于α亚基,只有三四个N-linked糖基化网站中N的终点站β子单元被认为是糖化在成熟的蛋白质(5,12]。
糖基化一直是参与调节功能的表达渠道,如折叠、走私、membrane-insert本地化,但也影响电生理特性(13- - - - - -16]。N-linked抑制糖基化改变K的通道控制电压的依赖关系v1.1和KvLQT /貂(IsK)和开放肾外髓K的概率+通道ROMK1(内向整流K+频道),以及K的pH敏感性vLQT /貂通道(17,18]。此外,N-linked糖基化被发现能够增加瓶钾离子通道蛋白的稳定贩卖从endoplasmatic网到高尔基体(13,15]。同样,糖基化的信息调制VGSCs函数更接近。当前知识的糖基化调制VGSCs主要集中在降低压敏电阻器控制灵敏度,从而降低美联社阈值神经网络水平(19- - - - - -21]。但是这样的问题(1)糖基化如何控制当地的静态环境VGSCs蛋白质表面由于细胞膜的状态是什么?(2)糖基化在VGSCs subtype-specific调制的呢?(3)每个糖基化位点调节同样或synergically VGSCs闸门吗?仍然出现困难的任务。
解决上面的问题,一个可能诉诸segment-swap嵌合体建设或glycosylation-deficient细胞减少糖基化水平(10,22]。然而,这种方法仍可能带来意想不到的人为因素。更重要的是,通道蛋白的细胞外环境的复杂性和结构本身也可能打扰的可靠性。因此,一个潜在的和有效的方法是找出subtype-specific糖基化调节器。
自然有毒多肽起源于各种有毒的动物被认为是专门针对VGSCs通过激活或延迟失活过程降低阈值(23- - - - - -26]。到目前为止,已发现有6受体网站的这些毒素VGSCs,其中一些甚至可以驻留在重叠区域的糖化网站VGSCs [23,26- - - - - -28]。与此同时,药理研究表明这些毒素的绑定和他们的目标是高度特定亚型26,27,29日]。因此,他们希望利用有效的工具来更精确地发现的糖基化作用VGSCs浇注和整体表现病理频道在临床治疗。
2。糖基化机制VGSCs控制电压的依赖关系
一般了解VGSCs糖基化的生理功能是控制电压灵敏度通过唾液酸的数量在一个通道驻留在[30.]。一旦被这些唾液酸deglycosyslated试剂,如衣霉素和神经氨酸酶,压敏电阻器的激活将转向更去极化的方向,从而提高门槛美联社的一代(7,22]。目前,一个普遍接受的观点是,它是负电荷所带来的一个重要内容的唾液酸残基糖基化网站引起的细胞外区域控制(超极化电压的依赖关系22]。然而,一些报告表明,各种Navα子单元不同糖化/ sialylated也以同样的方式表达细胞系(19]。这种差异在α不同的亚基sialylation直接和改变通道控制(10]。在这里,两种机制描述糖基化的微分调制VGSCs浇注在下面讨论。
2.1。“Subtype-Specific”机制
众所周知,VGSCs有九个组织或发育不同的亚型,命名为Nav1.1 Nav1.9中,每个被发现负责功能多样化的电活动在特定区域内他们表达31日]。最近的研究表明,不同的VGSC亚型有微分对糖基化的反应。
Deglycosylated Nav1.4可能导致压敏电阻器的激活和失活的去极化的转变。相比之下,deglycosylated Nav1.5可能导致去极化的压敏电阻器激活但不是失活(20.,21]。相比之下,deglycosylation只能转变稳态失活的Na的中点v1.9在成人小DRG神经元去极化的潜力(20.]。控制钠的v1.2和Nav1.7不能影响deglycosylation [32]。我们最近的研究发现,稳态激活曲线deglycosylated Nav1.3是更积极的去极化的方向,而失活曲线负转移(33]。到目前为止,糖基化能够调节VGSCs闸门不同程度地。
有报告认为这样微分调制糖基化的糖基化在不同程度上每个VGSC亚型。免疫印迹数据显示Nav1.4比Na糖化v1.5 [10]。事实上,Nav1.1 nav高度糖基化1.4,(约15 ~ 30%),而Nav1.5和Nav1.9仅仅是糖化(~ 5%)20.]。因此,这是表明Nav1.4压敏电阻器控制参数是显著的,本质上是由唾液酸比统一改变Nav1.5。因为一个VGSC的外表面α亚基估计有大约110 - 130负电荷由唾液酸(大约40%的总碳水化合物数量VGSC) (32),很可能唾液酸改变电场感觉到闸门机制的通道(10]。即VGSC的更高层次的糖基化可能导致更多的去极化的转变在压敏电阻器deglycosylated时浇注。因此,deglycosylated VGSCs可能需要更大的去极化刺激激活。
2.2。“特异性”机制
一个适当的矛盾的概念对“subtype-specific”机制是由于某些内部环境的不同细胞类型不同产生sialylated蛋白质导致频谱的Nav直接调节通道控制功能唾液酸水平。因此,这种机制被称为“细胞特定的“19,32]。
“特异性”可能来自两个补偿因素。一是在某些VGSC蛋白质糖基化程度可能不同整个发展阶段:例如,Na+电流在成年鼠大脑皮层和背根神经节神经元比Na对唾液酸不敏感+从新生神经元电流(20.,34]。成人心室肌细胞VGSCs sialylated和封闭的程度远远比他们在新生儿心室肌细胞超极化电位VGSCs。对于这一现象的一个可能的解释增加sialylation sialyltransferase活动将是一个长期增加发展中心室(19]。
另一方面导致微分细胞类型特异的蛋白质糖基化来自组织——或者修改的数量VGSCs表面唾液酸。一个最近的研究表明,糖基化的调制可能显示一个相当复杂的配置文件与VGSC组合链接β亚基:例如,当β1亚基coexpressed Nav1.2,Nav1.4,Nav1.5,Nav1.7,压敏电阻器激活超极化的程度转变具有以下顺序:Nav1.7 > Nav1.5 > Nav1.2 > Nav1.4,Nav1.4调制的β1亚基,这说明一个基本饱和的功能性唾液酸水平。相反,Nav1.7仅包含最少的功能在DIS5-S6唾液酸,因此功能唾液酸的含量增加,导致压敏电阻器最显著的超极化激活coexpressed时β1亚基[32]。
3所示。小说范式VGSCs和神经毒素肽之间的交互
自不同的亲和力与VGSCs、自然毒素等,从海洋动物(蛤蚌毒素,海葵)和节肢动物(蝎子毒素,蜘蛛毒素)一直应用于调查VGSCs的结构关系和作为开发治疗导致[药理模板23- - - - - -26,35]。
然而,有矛盾出现在细胞和体外研究VGSCs联系。例如,BmK我site-3-specific调制器VGSCs蝎子Buthus martensiiKarsch (BmK)能够防止Na的失活v1.2和产生持续的电流,这也许可以解释BmK我诱导癫痫样的反应大鼠(36- - - - - -39]。然而,特定的绑定BmK我VGSCs在老鼠大脑突触体(主要是Nav1.2)是检测不到40]。虽然BmK我之间的矛盾的调制VGSCs-rich突触体和不同的表达了Nav1.2可能有些属性缺乏BmK I-sensitive VGSCs [37),复杂的胞内酶的突触体刺激我们推测的参与糖基化VGSCs BmK我调节灵敏度。
在我们最近的研究,发现BmK我可以特殊调节糖化/ deglycosylated Nav1.2卵母细胞中表达。电压依赖性激活deglycosylated Nav1.2明显转向更多的负方向BmK我,相反对糖化的影响不大。这项研究表明,糖基化的网站5月VGSCs作为雨伞保护VGSCs BmK我的互动网站,如果删除生化反应,可以促进BmK我的绑定受体网站(图2)。
巧合的是,作为一个受体site-3-specific调制器,BmK我一直建议能够绑定到该地区,糖基化的网站也存在37,40]。它已经表明,细胞外循环之间的跨膜段S5和S6域的我α亚基参与受体部位的形成3 (28]。此外,一些抗体识别细胞外循环之间的跨膜S5和第四域我和防止S6α蝎子毒素结合受体部位3,表明氨基酸残基参与这些位置(41]。所有这些线索可能支持这个概念之间存在相互作用,糖基化网站和BmK我绑定亲和力的BmK我VGSCs可能改变如果decosylated通道。
类似的现象也可以称为的行动方式磺胺甲恶唑(SMX) HERG通道伴随着一个突变体亚基MiRP1 (T8A)。在正常情况下,碳水化合物是连接到屏蔽变量受体,从而削弱SMX绑定。相反,在渠道形成MiRP1 T8A突变体缺乏糖基化的网站的突变,SMX易访问性受体缺乏推动的低聚糖组(42]。
同样,Catterall等人在1987年得出结论可能的机制来解释贝类毒素的缺乏约束力,VGSCs-specific杀杀杀,糖化VGSCs:糖化钠通道表面负电荷预计将增加当地的钠的浓度+附近的细胞外开放跨膜孔隙,增加当地阳离子配体如蛤蚌毒素的浓度接近受体部位。缺乏抑制效果与castanospermine sialylation蛤蚌毒素结合表明,蛤蚌毒素受体部位位于距离表面负电荷由唾液酸残基或由蛋白质结构(不受其影响7]。
4所示。视角
一些证据显示,监管水平的sialylation是一种强大的机制来控制通道的表面电荷以及神经通道病理学(27,43- - - - - -45):例如,长QT综合征(LQT心脏疾病与HERG)也是由突变引起的糖基化的网站在HERG [45]。据报道,糖基化是至关重要的生物合成和维护功能VGSCs在成纤维细胞瘤细胞(46]。此外,的主要病机之一导致窦性心律不齐是心脏VGSCs的糖基化水平不足47]。此外,一些研究表明,慢性疼痛与糖基化的增加在神经损伤神经元膜网站(48]。最后,增加唾液acid-negative表面电荷导致减少美联社阈值和兴奋性的增加可能的重要因素之一的癫痫的发病机制与这些遗传相关疾病(22]。
糖基化的研究检测调制VGSCs函数接受两大挑战。(1)仍缺乏具体的工具来精确有效地修改VGSCs糖基化水平,这可能导致真正的模棱两可的观察研究。也许一些生物信息学预测可以提供辅助线索来弥补这个问题。然而,它还有待更加谨慎对待计算机辅助数据直到一些定点进行了证据。(2)糖基化的静态变更网站可以重组受体网站在VGSCs一些潜在可能结合特定的药物。因此,它是一个关键的任务区分可能干扰糖基化当处理一些适当的低效VGSCs药物目标。
钠channel-specific调节器和神经毒素有很大的潜力调查发现的有趣的VGSCs细微结构的变化在不同组织和物种。然而,药理VGSCs对毒素的敏感性,在部分3,可能是受微分调制由于VGSC蛋白质的糖基化本身,导致难以观察实际的交互。因此,一个更广泛的神经毒素调节神经活动,从而有价值的信息关于VGSCs作为治疗靶点可以获得更精确的细节直到糖基化的角色在决定toxin-channel交互推导。
确认
本研究支持中国国家基础研究计划(2010 cb529806),部分由中国国家自然科学基金(31171064),主要研究项目上海市科委的(11 jc1404300)和上海市教育委员会重点学科建设项目(J50108)。