Analyses of the gating mechanisms based on the Non-domain swapped architecture of the hERG channel

基于 hERG 通道非域交换架构的门控机制分析

• 批准号: 21K06771
• 负责人: 粂 慎一郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Oita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06771/
• 关键词: イオンチャネル; hERGチャネル; 構造機能連関; 分子生物学; 電気生理学

電位作動性カリウムチャネルファミリーに属するhERGチャネルは、N末端およびC末端細胞内領域に存在する複数の特徴的なドメインや、膜貫通領域に見られるNon-domain swapped構造に基づき、膜貫通領域の直下に4つの細胞内ドメイン（N末端側からN-tailドメイン、S2-S3リンカードメイン、S4-S5リンカードメイン、Cリンカードメイン）が集中して配置されている独自の分子構造をもつ。申請者はこれまでに、これら4つの細胞内ドメインが互いに相互作用し得る位置関係にあり、各ドメインへの変異の導入が、その特徴的な遅い脱活性化を著しく加速させることを見出した。しかし、これらのドメイン間相互作用の実態と、それによるチャネルの構造機能連関の詳細は、未だ不明な点が多い。本研究では、これら4つの細胞内ドメインに焦点を当て、①これらのドメイン間で形成される相互作用の有無、また、チャネルの開・閉状態に依存した各ドメイン間相互作用の局所的な構造変化と、それに伴う主要なアミノ酸の位置関係の解明を目指す。さらに、②ゲーティングに伴うチャネル分子全体の構造変化における各ドメイン間相互作用の役割と、それに基づく遅い脱活性化の制御機構との関係性を解明すべく、FRETを用いた解析を計画している。本年度は、初年度より取り掛かっていた上述の①と②の解析の準備の続きから開始し、これらの分子生物学的な基盤の作製や実験機器等の準備を完了させるに至った。その後、培養細胞におけるhERGチャネルの発現量の改善や新規の変異体の設計等も並行し、いくつかの結果が得られ始めている。その他、本研究計画の実験手法等を応用することにより、hERGチャネルに対する薬剤や細胞内イオン組成の影響に関する解析も実施しており、これらの解析によって得られた結果は、論文や学術大会で発表するに至った。

hERG channels belonging to the voltage-acting potassium channel family have a unique molecular structure in which four intracellular domains (N-tail domain, S2-S3 linker domain, S4-S5 linker domain, and C-linker domain) are concentrated directly below the transmembrane region based on the multiple distinctive domains present in the N-terminus and C-terminal intracellular regions, and the non-domain swapped structure found在跨膜区域。申请人先前已经发现，这四个细胞内结构域是相互相互作用的位置，并且将突变引入每个结构域可显着加速其特征性缓慢失活。但是，关于这些域间相互作用的实际状态和通道的结构功能链接仍然存在许多未知数。在这项研究中，我们将重点关注这四个细胞内结构域，并旨在澄清1）这些结构域之间形成的相互作用的存在或不存在，以及域之间相互作用的局部结构变化，具体取决于通道的开放状态和封闭状态，以及随附的主要氨基酸的位置关系。此外，我们正在计划使用FRET进行分析，以阐明域间相互作用在与门控相关的整个通道分子结构变化中的作用，以及基于这些因素控制缓慢失活的机制。今年，我们从第一年以来一直在研究上述分析①和②，并完成了这些分子生物学基础和实验设备的准备准备。此后，已经开始实现培养细胞中HERG通道的表达水平的改善和新型突变体的设计。此外，通过应用该研究项目的实验方法，已经对药物和细胞内离子组成对HERG通道的影响进行了分析，并且从这些分析中获得的结果已在论文和学术会议上进行。

项目成果

心筋細胞内Ca2+濃度の上昇はPKCとCaMKシグナルを介してhERGチャネル発現を制御する

心内 Ca2+ 浓度增加通过 PKC 和 CaMK 信号调节 hERG 通道表达

• 发表时间: 2021
• 作者: 魏 孟厳;小山内博基;吉村健司;粂慎一郎;黒川竜紀;小野克重
• 通讯作者: 小野克重

An anti-cancer drug gemcitabine inhibits and modifies N-glycosylation of the hERG channel resulting in a suppression of IhERG

抗癌药物吉西他滨抑制并修饰 hERG 通道的 N-糖基化，从而抑制 IhERG

• 发表时间: 2021
• 作者: Mengyan Wei;Kenshi Yoshimura;Shinichiro Kume;Tatsuki Kurokawa;Katsushige Ono
• 通讯作者: Katsushige Ono

細胞内Ca2+はMEK1,2-ERK1,2経路およびCaM-CaMK経路を介する転写制御作用によってhERGチャネル電流を調節する

细胞内 Ca2+ 通过 MEK1,2-ERK1,2 和 CaM-CaMK 通路的转录调节作用调节 hERG 通道电流

• 发表时间: 2022
• 作者: 魏 孟厳;粂 慎一郎;小山内 博基;吉村 健司;黒川 竜紀;小野 克重
• 通讯作者: 小野 克重

Disruption of asparagine-linked glycosylation to rescue and alter gating of the NaV1.5-Na+ channel

• DOI: 10.1007/s00380-020-01736-4
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: Heart and Vessels
• 影响因子: 1.5
• 作者: Pu Wang;Xiufang Zhu;Mengyan Wei;Yangong Liu;Kenshi Yoshimura;Mingqi Zheng;Gang Liu;S. Kume;Tatsuki Kurokawa;K. Ono