植物环核苷酸门控通道(CNGC)基因家族的结构与功能

环核苷酸门控通道(CNGC)是近年来被确认的在动植物细胞中普遍存在的离子通道基因家族。文章就近年来植物中CNGC基因的种类、分子结构、作用机制及其在植物生长发育中的功能的研究进展作了概述。     

植物环核苷酸门控离子通道及其功能研究进展

环核苷酸门控离子通道(CNGC)是非选择性的阳离子通道, 可以直接被细胞内信使小分子——环核苷酸(cAMP和cGMP)活化。该通道蛋白包含6个跨膜α-螺旋, C端各具一个交叠的环核苷酸与钙调蛋白结合区。CNGC广泛存在于各种植物细胞中。研究表明, 模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CNGC家族有20个成员, 分为4个亚群, 它们在抗病、花粉管生长、对Ca²⁺响应、抵抗重金属离子毒害和抗盐等多种信号途径中发挥重要作用, 协助植物细胞应对各种生物与非生物胁迫。该文简要介绍了CNGC的结构、表达谱及其调控因子, 并着重总结了近年来CNGC生物学功能的研究进展, 以期为今后系统开展其功能研究提供理论依据。     

环核苷酸门控离子通道的结构、功能及活性调节

环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated ion channels,CNG）是非选择性的阳离子通道,直接被环核苷酸活化.6个不同基因编码CNG离子通道蛋白,4个A亚单元(A1～A4)和2个B亚单元(B1,B3).CNG离子通道是由2个或3个不同的亚单元组成的异四聚体复合物,是Ca2+进入细胞内的主要通道之一.CNG离子通道的活性可被Ca2+ /CaM及磷酸化/去磷酸化作用所调节,从而改变细胞内钙离子浓度,触发一系列生理效应.近年来CNG离子通道的研究进展神速,成为生命科学的一个热点领域.本文对CNG离子通道的结构、功能及活性调节机制进行了综述.     

cGMP对细胞功能的调控

cGMP作为胞内第二信使,主要通过cGMP依赖的蛋白激酶(cGPK),cGMP门控的离子通道,cGMP调节的环核苷酸磷酸二酯酶以及ADP核糖环化酶等后续途径,参与许多细胞功能的调控.cGMP既可以通过蛋白磷酸化,也通过与蛋白磷酸化不直接相关的信号传递途径来调控各类细胞的特定生理功能.     

环核苷酸门控离子通道门控的分子机理

环核苷酸门控离子通道(CNG)最广泛地分布于神经细胞。近年来关于 CNG 通道门控的分子机制的研究取得了很大的进步。研究表明, CNG 通道的组成及组装影响通道的特性及门控。近年来有关 CNG 突变体的研究及半胱氨酸残基亲和性的分析表明, 环核苷酸首先结合到 CNG 通道 C 端的环核苷酸结合域(CNBD)上引起 CNBD 空间构像改变, 然后 4 个亚单元发生空间构像的协调改变, CNG 通道开放。本文详细讨论了 CNG 通道的门控机制、各亚单元之间的相互作用、组装的过程及其空间构想的变化, 为 CNG 通道的进一步研究, 尤其是离子通道疾病方面提供理论指导。     

霸王环核苷酸门控通道基因ZxCNGC5的克隆及表达模式分析

钙离子(Ca~(2+))作为生命活动过程中重要的第二信使,对植物的生长发育至关重要。环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated channels,CNGCs)是一类Ca~(2+)通道,在植物的花粉发育、免疫反应以及响应逆境胁迫等生理过程中发挥着重要作用。本研究通过RACE和RT-PCR技术克隆了荒漠旱生植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)CNGCs家族的一个编码基因,命名为ZxCNGC5。生物信息学分析显示其编码728个氨基酸,包含CNGCs家族所特有的6个跨膜域、1个P环以及环核苷酸结合域(cyclic nucleotide-binding domain,CNBD)和钙调蛋白结合域(calmodulin-binding domain,CaMBD);系统进化树将CNGCs家族分为5个亚族(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、ⅣA和ⅣB),Zx CNGC5属于第Ⅱ亚族;组织特异性分析显示该基因主要在根中表达;在0.01和10 mmol·L~(-1) CaCl_2处理下,ZxCNGC5在根中的表达量短期内均显著升高,并分别在3和12 h达到最高,随后逐渐降低,表明ZxCNGC5在根中的表达受外界CaCl_2的短期诱导。     

酸感受性离子通道生物学特性及其调控

酸感受离子通道(ASICs)为H -门控的阳离子通道,是一类新的配体门控性离子通道,属于钠通道超家族的新成员.作为近来研究的热点,ASICs具有许多重要的生物学功能,并很有可能成为抗癫痫、镇痛、提高学习记忆能力和保护神经元缺血损伤作用药理学新靶点.近来,ASICs各个亚基已被克隆,它们在生物体内分布、表达、功能和相关调节因素的研究正受到广泛重视.     

植物细胞质膜离子通道研究进展

多种有机和无机离子作为重要的营养物质、渗透物质、辅酶和信号分子, 参与植物生殖、生长发育和逆境反应等多种生物学过程。离子通道是离子跨质膜和内膜运动的重要渠道和动态调控因子, 直接影响和调控细胞内离子浓度及亚细胞分布的动态变化。目前, 植物尤其是模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的多个离子通道家族被先后鉴定出来, 其中部分离子通道蛋白定位在细胞质膜上, 其基本生物学功能, 诸如蛋白结构、离子选择性和通透性、门控特点、活性调控机理以及不同离子通道之间的协同关系等均取得重要进展。该文概要介绍近年来植物细胞质膜离子通道方面的研究进展。     

用生物学方法重建心脏起搏点的研究进展

正常人的心脏节律源于右心房的天然起搏点（pacemaker）——窦房结。窦房结的功能异常或者房室传导阻滞会导致心率异常（如心律缓慢）。治疗严重的心动过缓需要植入在技术上已经相当成熟的电子起搏器,但这种治疗存在一些缺陷和不足。近年来,在动物实验模型中应用基因或细胞来重建心脏的生物起搏点已经取得了进展。超极化活化环核苷酸门控（hyperpolarization-activated cyclic-nucleotide-modulated,HCN）通道（起搏通道）通过超极化活化的阳离子电流（hyperpolarization-activated cation current,It）调制心脏的自律性。利用病毒载体或转染HCN基因的细胞将HCN基因导入动物心脏内可重建生物起搏点。也有导入其它基因或植入自律细胞来探索心脏起搏点的重建。本文总结了重建心脏生物起搏点的一些研究进展。一旦稳定性和寿命等关键问题得到相应解决,遗传工程改造的生物起搏点可用于治疗严重的心动过缓。     

组织酸化参与外周痛觉传递的离子通道机制

组织酸化可以导致痛觉的产生.初级感觉神经元可以通过离子通道来感受外周的组织酸化.已鉴定了几个离子通道家族可能参与了外周组织酸化的感受：a.酸敏感离子通道(ASICs)是可以被酸直接门控的阳离子通道;b.辣椒素受体(VR1)可被酸敏化,同时可被pH＜6.0直接激活;c.P2X2和P2X2/3受体通道反应被酸上调;d.TwIK相关的酸感受钾通道（TASK）是被酸关闭的双孔内向整流钾通道.这些通道被酸所调控的共同结果就是提高了神经元的兴奋性.因此,它们在介导了组织酸化所诱导的痛觉感受和传递中具有重要作用.