L型電壓門控鈣通道對其鈣依賴失活的自抑制

《L型電壓門控鈣通道對其鈣依賴失活的自抑制》是依託清華大學，由劉曉冬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：L型電壓門控鈣通道對其鈣依賴失活的自抑制
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：劉曉冬
• 項目類別：面上項目

項目摘要

電壓門控鈣通道及相關跨膜鈣信號對於神經元發育及功能至關重要。依據申請人新近發現的鈣通道自抑制新通路：L型鈣通道能夠抑制鈣調素與之結合進而調控鈣依賴失活，本課題提出構建一系列特異性通道調製因子，可顯著減弱或增強L型鈣通道的鈣依賴失活強度，從而實現對跨膜鈣信號的雙向調控。基於上述高功效、高選擇性的生物工程系列多肽，以及體外重組表達鈣通道、原代培養神經元以及活體小鼠等多層次實驗體系，本課題將深入分析L型鈣通道家族自抑制機制的結構-功能關係；同時力圖揭示L型鈣通道及其鈣依賴失活在神經元發育和退行性疾病中的特殊重要性，以期最終為治療阿爾茨海默氏症等疾病提供潛在的新方案。

結題摘要

L型電壓門控鈣通道（CaV1通道）在神經系統中廣泛表達並直接參與鈣動態及基因表達等重要生物學過程。CaV1通道碳末端（C-terminus）是多種信號分子及下游蛋白的結合靶點，同時也是通道自身門控調控域。研究CaV1碳末端對通道門控和相關信號通路的影響對CaV1相關病生理具有重要意義。 鈣依賴失活（Ca2+ dependent inactivation，CDI）是CaV1通道的重要門控特性，由細胞中廣泛存在的重要鈣信號蛋白鈣調素（calmodulin）所介導。本課題研究發現，CaV1通道IQV、PCRD和DCRD三結構域協同介導碳末端抑制作用（C-terminus mediated inhibition，CMI），並使得通道鈣電流趨同於CDI末期電流。三結構域中任意兩者形成空間緊密聯繫後（例如通過融合等方式），可與第三者構成緊密複合體結構，對內源性CaM形成拮抗作用，從而影響通道門控。利用雷帕黴素介導的異源二聚作用，我們構建了急性化學誘導的碳末端抑制過程，並發現這一抑制過程中峰值電流不斷降低，失活末期電流不變。在CMI作用下，通道整體鈣內流受抑制，並伴隨失活特性的改變。對於神經元CaV1通道， 其CMI門控狀態也直接調控下游pCREB信號通路和神經元發育，這一發現對CaV1通道相關的藥物開發也具有重要指導意義。 另一方面，CaM通過與碳末端競爭結合通道密切參與通道調控，因此CaM異常也會引起通道門控特性的變化。神經科學中廣泛套用的鈣指示劑GCaMP中就含有異常的CaM，與通道碳末端競爭結合IQV結構域從而影響通道門控特性，並伴隨著下游信號通路和神經元發育形態的變化。利用CaM螯合多肽保護GCaMP後，可以有效消除GCaMP引起的負面影響。 此外，考察了CMI與通道核心電壓門控機制的關聯。對比分析了DCT介導的CMI與IVS3-S4連線襻對電壓依賴性激活的調控。 綜上，我們的研究揭示了CaV1通道碳末端對於通道的門控、信號及其耦合所具有的重要作用，直接指導了新型研究工具的開發，也為疾病干預提供了新思路。