KCNE2的两种突变体I57T和V65M对Kv4.3通道功能的调节

Mink相关蛋白1（MiRP1）是由KCNE基因家族成员KCNE2编码的具有一个跨膜结构的小分子蛋白质,发生在KCNE2上的相关突变能够引起遗传性长QT间期综合症（long QT syn＆ome,LQT6）,但其机制不明．以往的工作表明,MiRP1调节瞬间外向钾电流（transient outward current,Ito）的功能,对维持心电稳定性具有重要的调节作用．在哺乳细胞系COS-7表达系统利用膜片钳全细胞记录方式,研究了两种LQT6相关的突变体157T和V65M对Kv4.3通道功能的影响,从MiRP1对Ito功能调控的改变探讨LQT6引起心律失常的电生理机制．结果表明,KCNE2与Kv4.3共表达后对通道功能具有明显的调控作用,使通道的激活和失活明显减慢,电压依赖性失活发生正向移位,同时加快Kv4.3通道从失活中的恢复．157T与Kv4．3共表达的通道,门控动力学以及通道的恢复特性更接近Kv4.3单独表达的通道,表现为丧失KCNE2的功能—“loss of function”,而V65M的作用则与之刚好相反,对Kv4.3门控动力学和恢复特性的调节较KCNE2更强,同时,使通道电流密度明显降低,表现为增强KCNE2的功能——“gain of function”．由此推论,KCNE2对k功能有重要的调节作用,发生在KCNE2基因上的突变,无论是增强（V65M）还是减弱（157T）KCNE2的功能都可能通过改变Ito在心脏电稳定性中的贡献,从而使心脏在某些条件下发生心律失常．     

辅助亚基KChIPs对Kv4钾通道的“钳制”调节作用

快速失活电压门控型钾通道对于神经元兴奋性发挥重要的调节作用,从而影响神经元的功能,如疼痛的信号传导等.拥有四个钙结合位点"EF-hand"的胞浆蛋白KChIPs(Kv channel-interacting proteins)属于神经钙感受器(NCS)家族,与Kv4(Shal)的α亚基共组装成为天然复合体,在神经元和心肌分别编码瞬间低阈值A型K+电流ISA(transient subthreshold A-type K+ current)和瞬间外向K+电流ITO(transient outward K+ current).辅助亚基KChIPs与Kv4 N端的特异性结合有助于电压门控钾通道四聚体的形成和稳定,从而增加通道向细胞膜表面的转运,并调节通道的失活动力学和恢复速率等.本文基于近期解析出的Kv4 N末端与KChIP1的复合晶体结构,着重阐述Kv4钾通道与其辅助亚基KChIPs的相互作用机制.在Kv4 N端/KChIP1复合结晶体中,每一个KChIP1分子分别与两个邻近的Kv4 N末端相结合,即单个KChIP1同时与周围的两个Kv4相互作用,而形成分子数比为4:4的"钳制"结构.Kv4和KChIPs相互作用的结构机制为基于结构的化合物设计以及治疗膜兴奋性相关疾病提供了基础.     

不同年龄大鼠心肌细胞瞬时外向钾电流的变化

本文旨在研究心肌细胞瞬时外向钾电流(transient outward potassium current,Ito)的随龄变化及其药物反应性改变。Sprague Dawley大鼠28只,分为青年组(3~5月龄)、成年组(13~15月龄)和老年组(22~24月龄)。酶法分离心室肌细胞,应用全细胞膜片钳技术记录各组Ito。并于细胞外液分别加入1.0μmol/L异丙肾上腺素和2.0mmol/L4-氨基吡啶干预,观察Ito的变化。结果显示,与青年组和成年组相比,老年组Ito电流密度显著增加。门控动力学研究显示,老年组Ito电流稳态激活曲线左移,通道关闭态失活速率明显降低,稳态失活后恢复速率加快,而稳态失活过程无明显变化。老年组Ito对选择性抑制剂4-氨基吡啶的反应性与青年组和成年组相似,但老年组Ito对β受体激动剂异丙肾上腺素的反应性却明显弱于青年组和成年组,各组电流密度分别增加55.9%、127.5%和125.8%。上述结果提示,随着大鼠年龄的增加,心肌细胞Ito电流密度显著升高,与通道门控的激活、关闭态失活和失活后恢复机制改变有关,且老年鼠Ito对异丙肾上腺素的反应性降低。     

电压门控快钾通道蛋白Kv4.3的抗体制备及检测

Kv4(voltagegated K^ channel4)是在哺乳动物心脏和脑组织中广泛表达的一类钾离子通道蛋白．它主要介导心肌细胞和神经细胞中的A-型(快速失活型)K^ 电流,是构成中枢神经系统和心肌细胞中的快速失活外向型电流的基础．Kv4．3是电压门控钾离子通道3种α亚基之一．通道中含有许多具有调节作用的辅助亚基,它们通过与Kv4．3互作实现对通道的调节．本研究根据人类氨基酸序列以MAPs法制备抗Kv4．3抗体．MAP由4条相同的17肽段连接成锥形结构分子．以MAP或MAP与佐剂免疫新西兰白兔,抽提了免疫前血清和免疫后血清,并对抗体的滴度进行评价．MAPs在白兔体内诱导出了效价比为1：1000的抗Kv4．3特异性抗体．     

敬钊毒素-V对Kv4.3通道的抑制作用

K+通道亚型Kv4.3在调节心肌细胞动作电位的幅度与时程方面具有重要作用,是治疗心律失常的有效作用靶点,但目前世界上该通道的特异性抑制剂非常缺乏。敬钊毒素-V(Jingzhaotoxin-V,JZTX-V)是从敬钊缨毛蜘蛛粗毒中纯化到的一种新型肽类神经毒素,能够部分抑制大鼠背根神经节细胞上的瞬时外向K+电流,其半数有效抑制浓度(IC50值)为52.3nmol/L。为了研究JZTX-V对Kv4.3通道的作用,本实验通过多肽固相化学合成的方法得到JZTX-V,并用双电极杆电压钳技术检测JZTX-V对表达在非洲爪蟾卵母细胞上的Kv4.3通道电流的作用。结果显示,JZTX-V能够完全抑制Kv4.3通道电流,并且这种抑制作用具有浓度依赖性和时间依赖性,其IC50值为425.1nmol/L,JZTX-V还能够使通道的电流-电压关系曲线和稳态失活曲线分别向去极化方向漂移大约29mV和10mV,改变Kv4.3通道的动力学特征,因此我们推测JZTX-V是一种Kv4.3通道门控调制毒素。以上研究结果对于开发心肌Kv4.3通道的分子探针及以Kv4.3通道为靶点的药物设计具有借鉴作用。     

三氧化二砷对心肌细胞膜延迟整流钾通道蛋白表达的影响研究

目的:观察不同剂量的三氧化二砷(arsenic trioxide,As2O3)对心肌细胞膜上延迟整流钾电流蛋白表达的影响。方法:将豚鼠随机分为4组:正常对照组、As2O3小剂量组(0.4 mg/kg)、中剂量组(0.8 mg/kg)、大剂量组(1.6 mg/kg),给药后不同时间间隔记录心电图,测量QT间期和RR间期,计算QTc的值的变化,同时应用荧光免疫组化技术检测心肌延迟整流钾通道IKr、IKs通道蛋白的表达量。结果:1在不同剂量的As2O3作用下,0.8 mg/kg和1.6 mg/kg As2O3组的豚鼠QTc明显延长,并且这种延长作用与给药剂量和时间密切相关。在2 h的观察时间内,0.8 mg/kg和1.6 mg/kg As2O3分别使QTc从对照组的324±7 ms延长到368±11 ms(P0.01)和388±11 ms(P0.01)。2大剂量组豚鼠心肌缓慢型延迟整流钾通道Kv LQT1和GPERG蛋白表达与对照组相比显著降低(P0.01)。结论:As2O3对豚鼠心肌QT间期有明显延长效果,其机制可能与降低Kv LQT1和GPERG蛋白的表达,影响了钾通道的功能有关。     

兔LQT2模型心室肌复极化的性别差异

本研究旨在探讨长QT综合征（long QT syndromes,LQTS）室性心律失常发生的性别差异及其电生理机制,初步观察了不同性别兔LQT2模型左心事原已存在的电生理异质性和心事复极动力学的特征。实验分为3组,上下常组以标准台氏液灌流;LQT2模型组给予含100gmol／L dl-sotalol的台式液灌流;LQT2模型＋低钾组给了含3．0mmol／LKCl、100μmol／L dl-sotalol的台式液灌流。采用冠状动脉旋支灌注兔左室心肌楔形组织块标本,应用浮置玻璃微电极记录技术进行记录。给予基础刺激周长（basic cycle length,BCL）为500、l000和2000ms的S1刺激,同步记录心事肌内膜侧、外膜侧细胞动作电位,并记录跨壁心电图：在BCL为500和1000ms时加用S2程序刺激以记录动作电位时程（action potential duration,APD）恢复曲线。研究发现：在不同刺激频率时,3组实验雌兔心肌细胞的跨壁复极化离散（transmural dispersion of repolarization,TDR）、APD恢复曲线斜率均大于雄兔,有显著性差异（P〈0．05）,并呈频率依赖性;LQT2模型组及LQT2模型＋低钾组雌雄兔TDR、APD恢复曲线斜率较正常组明显增人（P〈0．01）。BCL为1000ms时,LQT2模型组雌兔7例中1例发生尖端扭转性窀性心动过速（torsade de pointes,TdP）;LQT2模型＋低钾组雌兔7例中5例诱发TdP,雄兔7例中2例诱发TdP,有显著性差异（P〈0．05）。结果提示：LQT2模型心肌原已存在的电生理异质性和动态异质性均有明显的性别差异,并≯频率依赖性。存LQT2模型中,TDR以及APD恢复曲线斜率的增大可能是雌性动物较雄性更易发生尖端扭转性心律失常的原因。     

Kv4.2通道电流与大鼠海马神经元瞬间外向钾电流特性的比较

本研究比较了转染的Kv4.2钾电流与原代培养大鼠海马神经元上瞬间外向钾电流(IA)动力学特征。实验采用瞬时转染,细胞培养和全细胞膜片钳记录等方法。结果表明:转染的Kv4.2通道电流和海马神经元上IA均具有明显的A型电流特征。海马神经元IA的半数最大激活电位和斜率因子分别为-10.0±3.3 mV和13.9±2.6 mV;半数最大失活电位和斜率因子分别为-93.0±11.4 mV和-9.0±1.5 mV;失活后再激活恢复时间常数(T)为27.9±14.1 ms。Kv4.2的半数最大激活电位和斜率因子分别为-9.7±4.1 mV和15.8±5.7 mV;半数最大失活电位和斜率因子分别为-59.4±12.2 mV和8.0±3.1 mV;Kv4.2的灭活后再激活的恢复时间常数τ为172.8±10.0 ms。结果提示:Kv4.2通道电流可能是海马神经元上的IA电流的主要成分,但不是唯一成分。     

瞬时外向钾通道Kv4.3真核表达载体的构建

[目的]构建Kv4.3真核表达载体,观察其在真核细胞中表达情况。[方法]提取小鼠前额叶皮质RNA,通过RT-PCR和常规PCR技术扩增获得Kv4.3目的基因,利用EcoRⅠ和XbaⅠ限制性内切酶和T4 DNA连接酶将其克隆在pcDNA3.1载体中,并将构建好的重组质粒转染至HEK293细胞中,免疫印迹方法检测Kv4.3蛋白表达。[结果]成功扩增了Kv4.3基因(2 000 bp处有明显条带),先后经酶切和酶连后的重组体转化培养,提取质粒,再通过双酶切观察到2 000 bp处有Kv4.3目的条带和5 400 bp处有pcDNA3.1载体条带。将此重组质粒送去测序,结果显示基因测序结果与GenBank中Kv4.3序列一致。免疫印迹结果发现在HEK293细胞中,转染的重组质粒能够表达Kv4.3蛋白。[结论]成功构建了Kv4.3真核表达载体,其在HEK293细胞中可以稳定表达。     

利用CRISPR/Cas9系统靶向敲除Jurkat T细胞Kcna3及其功能研究

为探究如何利用CRISPR/Cas9系统靶向敲除Jurkat T细胞Kv1.3通道编码基因Kcna3,以期阐明Jurkat T细胞中Kv1.3通道介导的病理生理功能,本研究设计Kcna3第一个外显子sgRNA,将构建的pX458-sgRNA重组质粒经电穿孔方式转染Jurkat T细胞,联合使用T7EN1酶切、基因组PCR产物和TA克隆测序、Western Blot检测以及电生理、钙成像和ELISA等功能检测技术鉴定Jurkat T细胞中Kcna3敲除效果.测序结果显示,靶向Kcna3基因CRISPR/Cas9重组质粒pX458-sgRNA建立成功,设计的sgRNA2可高效切割基因组DNA. Western Blot未检测出Kv1.3蛋白表达,基因组PCR产物及TA克隆测序显示发生Indel突变.全细胞膜片钳实验结果表明, Kcna3敲除成功的Jurkat T细胞未记录到Kv1.3通道电流,钙成像技术显示Kcna3敲除Jurkat T细胞内自由Ca2+浓度上升的幅度显著低于野生型Jurkat T细胞. ELISA实验结果显示,与野生型Jurkat T细胞相比, Kcna3敲除Jurkat T细胞IL-2水平显著下降(P0.001).本研究成功利用CRISPR/Cas9系统靶向敲除Jurkat T细胞Kcna3,有力证明Kv1.3介导了Jurkat T细胞的免疫炎症反应,为深入研究Kv1.3通道的病理生理功能提供了新的细胞模型.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism