上海生科院揭示离子通道功能调控机制
2月4日，中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所蔡时青组在《神经科学杂志》发表了题为《线虫Kv4钾离子通道KChIP辅助亚基调控肌肉兴奋性和控制雄虫交配行为》的研究论文。文章报道了线虫KChIP辅助亚基通过促进Kv4钾离子通道的生成，调控神经元和肌肉细胞的兴奋性，进而影响动物的一些重要行为。
电压门控钾离子通道（Kv）是一类可选择性通透钾离子的跨膜蛋白，它参与了动作电位的形成，直接影响神经元和肌肉细胞的兴奋性。Kv4是其中一类通导快速瞬时电流（fast transient current）的钾离子通道，而钾离子通道相互作用蛋白（K+ Channel Interacting Protein, KChIP）则是Kv4的辅助亚基，它不参与离子通道跨膜孔道的形成，但影响Kv4的电生理特征，并且也可以促进Kv4的表达与运输。目前，有关KChIP对Kv4的调控机制尚不明确。蔡时青组博士生陈欣等克隆了编码线虫KChIP蛋白的ncs-4,ncs-5和ncs-7基因，发现这些线虫KChIP蛋白对于SHL-1（线虫Kv4同源蛋白）的生成和运输都是必要的。同时敲除ncs-4,ncs-5和ncs-7基因导致SHL-1蛋白不能在线虫体壁肌肉细胞中表达，这些细胞中的快速瞬时外向钾电流也因此消失。KChIP是一类钙离子结合蛋白，在体实验结果发现钙离子信号不影响线虫KChIP蛋白NCS-4促进SHL-1蛋白生成，但是钙离子和NCS-4结合对于SHL-1蛋白从高尔基体运输到细胞膜的过程是必要的。这些结果解析了钙离子信号在辅助亚基KChIP调控Kv4家族钾离子通道功能中所扮演的角色，阐明了KChIP和Kv4相互作用机制。
该研究还发现，KChIP蛋白NCS-4和SHL-1共同表达在雄性线虫尾部的斜方肌中，敲除ncs-4或shl-1基因的雄虫有严重的交配能力缺陷。钙成像结果显示这些雄性线虫在交配时斜方肌兴奋性过强，尾部不能正常弯曲，无法完成交配过程。该结果揭示了钾离子通道辅助亚基KChIP在调控细胞兴奋性和动物行为中的重要作用。
该课题由博士生陈欣、助理研究员阮美煜在研究员蔡时青指导下完成。课题受中国科学院“百人计划”、国家自然科学基金委面上项目和神经科学国家重点实验室资助，在上海生科院神经所独立完成。
图A 线虫KChIP蛋白调控内源SHL-1 介导的快速瞬时钾电流
图B 敲除ncs-4或shl-1基因影响雄性线虫斜方肌细胞兴奋性
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