鉀離子通道互作蛋白-KChIP1基因的功能研究.pdf

1、細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度對于維持正常的神經(jīng)元功能有著重要作用。研究表明,鈣離子的多種功能都必須通過鈣結(jié)合蛋白以及其與靶蛋白的互作來介導(dǎo),神經(jīng)元鈣感應(yīng)蛋白(Neuronal Calcium Sensors,NCS)家族是其中非常重要的一組。
　　 神經(jīng)元鈣感應(yīng)蛋白家族屬于EF-hand類Ca2+結(jié)合蛋白超家族中的一個亞家族,在進(jìn)化過程中高度保守,典型的結(jié)構(gòu)特征是均含有3-4個EF-hand的Ca2+結(jié)合功能域。迄今為止已有20多個不同物種

2、的NCS蛋白被克隆,分屬3個亞類,第1類包括visinin、recoverin和S-modulin;第2類包括hippocalcin、frequenin和NCS-1;第3類為4個新克隆的KChIP蛋白,KChIP1-4。KChIPs不同成員之間的相似性非常高,在氨基酸水平的相似性達(dá)到65％,其C端為3-4個EF-hand,N端的差異較大。
　　 KChIPs能與A型鉀離子通道Kv4相互作用,發(fā)揮A型快鉀通道的β亞基的功能。KCh

3、IP1能減緩Kv4.2的失活時程,但卻顯著加速Kv4.1的失活。小鼠基因組中剔除KChIP2可導(dǎo)致心肌細(xì)胞Ca2+依賴的短暫外向K+離子電流完全丟失,KChIP2剔除小鼠表現(xiàn)為室性心動過速,進(jìn)一步說明了KChIPs有調(diào)節(jié)K+離子通道的作用。KChIP3可以同Kv4.2、Kv4.3和Kv4.4通道相互作用,調(diào)節(jié)K+通道電流,從而在長程增強(qiáng)和神經(jīng)元塑性中發(fā)揮重要的作用。KChIP4同樣具有同Kv4.2和Kv4.3通道相互作用的能力,突變KC

4、hIP4的Ca2+結(jié)合模體可造成K+通道電導(dǎo)消失。
　　 KChIPs在細(xì)胞內(nèi)還可以與多種蛋白發(fā)生相互作用,我們在過去的研究中,用酵母雙雜交技術(shù)研究家族性大腸腺瘤息肉病致病基因APC(APC,Adenomatous polyposis coli)的中段互作蛋白過程中獨(dú)立克隆了KChIP1,提示KChIP1可能參與APC介導(dǎo)的神經(jīng)性調(diào)控。KChIP3可以同老年性癡呆(Alzheimer's Disease,AD)相關(guān)蛋白早老素pr

5、esenilin結(jié)合;體外實(shí)驗(yàn)及KCHIP3-/-小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均證實(shí),其還可以與強(qiáng)啡肽反應(yīng)元件(Dynorphin Response Element,DRE)結(jié)合,抑制性調(diào)節(jié)Prodynorphin的表達(dá),從而調(diào)節(jié)痛覺反應(yīng),因此又被稱為DREAM。此外,KChIP3還具有鈣依賴性的凋亡刺激作用和寡聚化作用。同樣,KChIP4也能與老年性癡呆相關(guān)基因早老素2(presenilin-2)相互作用,當(dāng)KChIP4單獨(dú)表達(dá)時呈胞漿和核彌散性分布

6、,與presenilin-2共同表達(dá)時會發(fā)生核周和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的共定位。
　　 盡管已經(jīng)有了上述這些發(fā)現(xiàn),但KChIPs蛋白家族在其主要表達(dá)部位—腦的助能仍不清楚。本研究在前人的基礎(chǔ)上,對KChIP1基因在腦內(nèi)的功能進(jìn)行了深入地研究。整個研究分為3個部分。
　　 第一部分通過組織原位雜交、免疫組化以及免疫染色研究,我們發(fā)現(xiàn)在成年小鼠腦中,KChIP1主要表達(dá)在一組小清蛋白(parvalbumin)陽性的GABA(gamma

7、amino butyric acid,γ-氨基丁酸,GABA)能神經(jīng)元,GABA傳導(dǎo)抑制性突觸傳遞,提示KChIP1可能在調(diào)節(jié)抑制性突觸傳遞中起作用。
　　 第二部分;我們通過基因打靶、同源重組技術(shù)對KChIP1基因進(jìn)行了敲除,得到了KChIP1+/-和KChIP1-/-突變小鼠。雜合子和純合子小鼠在出生、發(fā)育等方面與野生型小鼠無顯著差異,并且符合孟德爾遺傳規(guī)律,提示KChIP1基因在小鼠胚胎發(fā)育中是非必須的,并且KChIP1基

8、因?qū)τ谛∈蟪錾蟮纳L發(fā)育也無顯著的影響。盡管如此,我們還是發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象:KChIP1+/-和KChIP1-/-小鼠做轉(zhuǎn)輪實(shí)驗(yàn)(Rotarodtest)時較野生型小鼠更容易從轉(zhuǎn)輪中摔落下來(P＜0.05),提示其存在潛在的運(yùn)動功能障礙;通過使用戊四氮(Pentylenetetrazole,PTZ)誘導(dǎo)癲癇發(fā)作,我們發(fā)現(xiàn)KChIP1+/-和KChIP1-/-小鼠較野生型小鼠更容易發(fā)生抽搐,并且致死率很高(P＜0.05),進(jìn)一步提示

9、了KChIP1在調(diào)節(jié)抑制性突觸傳遞中的生理學(xué)作用。
　　 第三部分中,我們在KChIP1-/-突變小鼠的小腦組織中,克隆了一種新的KChIP1剪切體,我們命名為KChIP1c。先前的研究表明KChIP1具有兩個剪切變異體,稱為KChIP1a和KChIP1b,后者N端包含另外一個外顯子。與KChIP1a和KChIP1b相似,在細(xì)胞水平,KChIP1c能與Kv4.3互作,并促進(jìn)Kv4.3的膜定位。在爪蟾的卵母細(xì)胞中,KChIP1c能

10、增加Kv4.3電流的振幅,加速其在開放狀態(tài)下的失活,促進(jìn)其在失活狀態(tài)下的快速恢復(fù)。然而,與KChIP1a和KChIP1b相比,KChIP1c比KChIP1a、KChIP1b更能增加Kv4.3電流的振幅,而且KChIP1c并不影響Kv4.3在關(guān)閉狀態(tài)下的失活。
　　 綜上所述,通過上述研究,我們得出以下結(jié)論:KChIP1通過與細(xì)胞中Kv4.2和Kv4.3離子通道相互作用,引起細(xì)胞的興奮性發(fā)生改變,從而在調(diào)節(jié)機(jī)體運(yùn)動平衡中發(fā)揮一定的