Nature子刊新研究揭示了离子通道的门控机制

　　离子通道在许多细胞过程中起着至关重要的作用，包括神经元通讯、肌肉收缩或细胞增殖。大多数多亚基离子通道存在两种功能状态，要么关闭，要么打开。在门控过程中，我们应该预料到所有亚基都经历构象变化。中间传导水平的缺失是令人惊讶的，需要一个解释。一组研究人员创造了一个智能模型系统来回答这个重要的问题。

　　

离子通道在许多细胞过程中起着至关重要的作用，包括神经元通讯、肌肉收缩或细胞增殖。大多数多亚基离子通道存在两种功能状态，要么关闭，要么打开。在门控过程中，我们应该预料到所有亚基都经历构象变化。中间传导水平的缺失是令人惊讶的，需要一个解释。来自维也纳大学和圣路易斯华盛顿大学的一组研究人员创建了一个智能模型系统来回答这个重要的问题。这项研究目前发表在《自然通讯》杂志上。

离子通道是调节细胞电活动的膜蛋白。在这项研究中，科学团队研究了内纠偏钾通道Kir2。该通道对于维持许多细胞的负膜电位至关重要。这些通道是治疗心血管疾病的有希望的药物靶点。为了促进药物开发，详细了解门控机制是很重要的。

智能模型系统与创新方法

来自圣路易斯华盛顿大学的Grigory Maksaev解释说:“我们设计了一个模型系统，使我们能够可视化单个亚基的门控并跟踪电导变化。”采用内整流钾通道Kir2作为模型系统。该通道对于维持许多细胞的负膜电位至关重要。“我们在通道门附近引入了酸性残留物。这导致了新的状态，即所谓的亚电导状态，”维也纳大学药学系的Eva Plessl解释说。这些子状态的寿命足够长，可以用实验来解决。每个观察到的子状态代表一个不同的亚基构象。有趣的是，亚状态占用是可以用pH滴定的。“这表明单个酸性残基的质子化或去质子化导致了这种现象，”圣路易斯华盛顿大学的Sun-Joo Lee解释说。

酸的导电性更差

维也纳大学药学系的Anna Weinzinger解释说:“酸性残留物的不同质子化状态的分子动力学模拟支持这一发现。研究表明，每个亚基门控转变都会导致电导水平的变化。这表明对于一个完全开放的通道，所有的亚单元必须一起移动。通过设计一个智能模型系统，我们回答了一个长期存在的关于离子通道门控的问题”。

Journal Reference:

1. Grigory Maksaev, Michael Bründl-Jirout, Anna Stary-Weinzinger, Eva-Maria Zangerl-Plessl, Sun-Joo Lee, Colin G. Nichols. Subunit gating resulting from individual protonation events in Kir2 channels. Nature Communications, 2023; 14 (1) DOI: 10.1038/s41467-023-40058-7