****《PNAS》解析离子通道新发现

　　

生物通综合：来自约翰霍普金斯大学医学院神经科学系，中科院上海生命科学研究院国家新药筛选中心（National Center for Drug Screening）的研究人员发现了两种独立的激活因子对于重要的钾离子通道的不同作用，为研究通道基因与相关疾病之间的关系提供了重要信息，这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这一研究的是美国Johns Hopkins大学医学院神经科学系教授，清华大学特聘"****"讲座教授利民博士，其早年毕业于武汉大学，在美国Johns Hopkins大学医学院取得博士学位，主要致力于生物电信号的产生、机理和调节的研究。研究的项目主要集中在对钾离子有高度的选择性的一类离子通道（故称为钾离子通道）。

参与研究的中科院人员还包括南发俊（Fajun Nan），章扬名（Yangming Zhang，音译，生物通注），前者任中国科学院上海药物研究所研究员、博士研究生导师、国家新药筛选中心副主任。主要研究领域为运用有机化学和组合化学相结合的方法设计与合成某些具有生物活性的有机分子及探针工具、药物构效关系研究等。

众所周知,在机体任何细胞膜的表面，都存在若干个调控离子和神经递质受体的特异性通道。就以离子通道为例，每个通道都是单个大分子的多肽，在每个分子中含有4个或多个同源重复序列的亚基，以跨膜形式形成了特异的通道。

这些通道的开闭，除了由机械原因调控的机械门控型外，主要根据调控信号的不同，而可分为电压门控和配体门控两大类型，其中离子通道的调控主要是由电压门控通道调控通道的开放和关闭。另一类配体门控的受体通道，也是由几个亚基组成的寡聚体蛋白所构成，当神经递质与受体结合时，形成的配体可以改变通道蛋白的构象，并导致离子通道的开闭。这些通道在不同条件下的开放或关闭，可以决定离子通透性的高低，也就是决定神经或肌肉兴奋性强弱的关键因素。

在各种病理状态时，通道基因的先天异常(基因突变)或获得性异常(内、外环境的变异)，都可以导致神经或肌肉兴奋性的突然改变，继而出现临床上的发作性症状或疾病。电压依赖性钾通道（KCNQ2和KCNQ3基因突变）就与癫痫等疾病相关，虽然近十多年来有关神经细胞膜上离子通道和某些神经递质受体通道的研究不断进展，但是由化学开关激活的电压门控钾离子通道了解的并不多，对于KCNQ通道两个激活因子：retigabine和zinc pyrithione更是知之甚少。

在这篇文章中，研究人员发现了retigabine和zinc pyrithione能识别KCNA2通道的两个不同的位点，其对抗活性是非竞争性的，能够允许两个不同的激活因子在同一个通道复合物上同时绑定，从而增加了两个开关的组合增强能力。

通过检测两者在突变通道上的作用，研究人员发现zinc pyrithione能开启nonconductive通道，而retigabine能恢复一种疾病突变通道，这些研究结果表明这两个独立的激活因子的结合位点存在于KCNQ通道上，多合成化学开关的组合能力也说明KCNQ通道能适用于多种类型和药理学调控。
（生物通：万纹）

原文摘要：
First published online on February 12, 2008
This version published online on February 14, 2008
Combinatorial augmentation of voltage-gated KCNQ potassium channels by chemical openers
『Abstract』

附：
利民 博士，美国Johns Hopkins大学医学院神经科学系教授，清华大学特聘"****"讲座教授。

1980-1984毕业于武汉大学，1986-1991于美国Johns Hopkins大学医学院取得博士学位，1991-1993在加州大学旧金山分校从事博士后研究，1994年为Johns Hopkins大学医学院生理学系助理教授，1998年为Johns Hopkins大学医学院生理学系副教授，2003年起，为Johns Hopkins大学医学院神经科学系教授，2007年被聘为清华大学特聘“****”讲座教授。

利民教授主要致力于生物电信号的产生、机理和调节的研究。研究的项目主要集中在对钾离子有高度的选择性的一类离子通道（故称为钾离子通道）。基于过去10年的工作经验和基础，以及国内合作单位在生物芯片技术方面的积累，未来在国内开展的合作研究将是在双方优势互补的基础上的一次涉及多学科交叉集成的创新性探索，一旦获得突破，将会给药物筛选的技术开发和实际应用提供一个强大的助推力。具体而言就是研究天然产物对钾离子通道的调节。实验将涉及基于生物芯片新型的高通量筛选技术、创新性的光电集成检测技术和先进的数据处理方法。这项工作的成功将会加速和加深我们在机理上对药物引起的心脏调节的理解。


代表性研究论文

Joao H. Morais Cabral, Alice Lee, Steven L. Cohen, Brian T. Chait, Min Li, and Roderick Mackinnon. (1998) Crystal structure and functional analysis of the HERG potassium channel N terminus: a eukaryotic PAS domain. Cell 95:649-655.
Jianping Gong, Jia Xu, Magdalena Bezanilla, Rika van Huizen, Rachel Derin, and Min Li. (1999) Differential stimulation of PKC phosphorylation of potassium channels by ZIP1 and ZIP2. Science 285:1565-1569.
Shusheng Wang, Hongwen Yue, Rachel B. Derin, William B. Guggino, and Min Li. (2002) Accessory protein facilitated CFTR-CFTR interaction, a molecular mechanism to potentiate the chloride channel activity. Cell 103:169-179.

Shikano, S. & Li, M. Membrane receptor trafficking: Evidence of proximal and distal zones conferred by two independent endoplasmic reticulum localization signals. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 5783-5788 (2003)
Sun, H., Shikano, S , Xiong, Q, Li, Min. Function recovery after chemobleaching (FRAC): Evidence for activity silent membrane receptors on cell surface. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 16964-69 (2004)
Shikano, S. Coblitz, B., Sun, H. & Li, M. Genetic selection of trafficking signals that direct cell surface expression. Nature Cell Biol. 7, 985-992 (2005)
Sun, H., Liu, X., Shikano, S, and Li, M. Chronic inhibition of cardiac Kir2.1 and hERG potassium channels by celastrol with dual effects on both ion conductivity and protein trafficking. J. Biol. Chem. 281, 5877-5884 (2006; featured cover story)

 

南发俊研究员简介

南发俊，男，现任中国科学院上海药物研究所研究员、博士研究生导师、国家新药筛选中心副主任。 1991 年毕业于兰州大学化学系， 1997 年于中国科学院上海有机化学研究所获理学博士学位。 1997 年 8 月 -2000 年 5 月在美国乔治城大学医学中心 (Georgetown University Medical Center) 从事药物化学研究。 2000 年获“中国科学院引进国外杰出人才计划”（****）资助。

主要研究领域：运用有机化学和组合化学相结合的方法设计与合成某些具有生物活性的有机分子及探针工具、药物构效关系研究等。已在 J. Med. Chem. 、 J. Biol. Chem. 、 J. Comb. Chem. 、 J. Org. Chem. 、 中国药理学报等国内外刊物上发表论文 50 余篇，申请专利 20 余项。承担和参与多项国家和上海市的重大基础科学研究项目。 2002 ， 2005 年获国家自然科学基金课题资助。 2002 ， 2003 年分获上海市科技进步一等奖（第四完成人）和国家科技进步二等奖（第四完成人）， 2003 年获 “ 上海市优秀留学回国人才 ” 称号， 2003 年获第六届 SERVIER 青年药物化学家奖， 2004 年获得第八届吴阶平医学研究奖 — 保罗 · 杨森药学研究奖（二等）。 2005 年被推选为全国青年联合会第十届委员会委员。 2006 年获 Eli Lilly Research Excellence Award in China (ELSEA) 。 2006 年获得第一届上海市科教系统青年科技创新人才奖。国际刊物 Drug Discovery Today Editorial Advisory Board 成员。


南发俊课题组简介
课题组成立于 2000 年，现有职工 8 人，博士后 2 人，学生 14 人，共计 24 人。

主要研究领域：
• 多样性导向的“类天然产物”化合物库设计、合成及方法学研究
• 合理药物设计、结构优化及构效关系研究
• 基于活性的小分子探针（ Activity-based Probe ）设计、合成及其在蛋白靶标的确定、功能研究、蛋白组学研究中的应用等

近期发表论文选录
1. Xue-Qin Ma, Hua-Jie Zhang, Ya-Hui Zhang, Fang Wu, Yi-Hua Chen, Jun-Qing Du, , Hai-Ping Yu, Zhong-Liang Zhou, Jing-Ya Li, Fa-Jun Nan*, Jia Li*, Novel irreversible caspase-1 inhibitor attenuates the maturation of intracellular IL-1β. Biochem. Cell Biol. 2006 in press.
2.Ya-Hui Zhang, Hua-Jie Zhang, Fang Wu, Yi-Hua Chen, Jun-Qing Du, Xue-Qin Ma, Zhong-Liang Zhou, Jing-Ya Li, Fa-Jun Nan*, Jia Li*, Isoquinoline-1,3,4-trione and its derivatives attenuate ?-amyloid-induced apoptosis of neuronal cells. FEBS J. 2006 ,273,4842-4853.
3. Gang Liu, Wan-Yi Tai, Yu-Lin Li and Fa-Jun Nan * Facile synthesis of versatile functionalized amino caprolactams using RCM reactions of a-amino acrylamide Tetrahedron Letters , 2006, 3295-3298.
4. Wen-Wei Qiu, Jie Xu, Da-Zhi Liu, Jing-Ya Li, Yang Ye, Xing-Zu Zhu, Jia Li* , and Fa-Jun Nan * Design and Synthesis of a Biotin-Tagged Photoaffinity Probe of Paeoniflorin Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006, 3306-3309.
5.Yi-Hua Chenx, Ya-Hui Zhangx, Hua-Jie Zhangx, Da-Zhi Liu, Min Gu, Jing-Ya Li, Fang Wu, Xing-Zu Zhu*, Jia Li*, Fa-Jun Nan* Design, synthesis and biological evaluation of isoquinoline-1,3,4-trione derivatives as potent caspase-3 inhibitors J. Med. Chem., 2006 , 49 （ 5 ）， 1613-1623.
6.Qing-Qing Huang, Min Huang, Fa-Jun Nan ,* and Qi-Zhuang Ye* Metalloform-selective inhibition: Synthesis and structure-activity analysis of Mn(II)-form-selective inhibitors of Escherichia coli methionine aminopeptidase Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005 , 15, 5386–5391.
7.Wen-Long Wang, De-Yong Yao, Min Gu, Min-Zhi Fan, Jing-Ya Li, Ya-Cheng Xing and Fa-Jun Nan* , Synthesis and Biological Evaluation of Novel Bisheterocycle-containing Compounds as Potential Anti-influenza Virus Agents Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005 ， 15(23), 5284-5287
8.Yong-Mei Cui, Qing-Qing Huang, Jie Xu, Ling-Ling Chen, Jing-Ya Li, Qi-Zhuang Ye, Jia Lia, and Fa-Jun Nan*, Identi.cation of potent type I MetAPs inhibitors by simple bioisosteric replacement. Part 2: SAR studies of 5-heteroalkyl substituted TCAT derivatives Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005 ， 15(18) , 4130-4135.
9.Yong-Mei Cui, Qing-Qing Huang, Jie Xu, Ling-Ling Chen, Jing-Ya Li, Qi-Zhuang Ye, Jia Li*, and Fa-Jun Nan *, Identification of Potent Type I MetAPs Inhibitors by Simple Bioisosteric Replacement. Part 1: Synthesis and preliminary SAR studies of thiazole-4-carboxylic acid thiazol-2-ylamide (TCAT) derivatives Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005 ， 15(16) , 3732-3736.
10.Qun-Li Luo, Jing -Ya Li, Ling-Ling Chen, Jia Li, Qi-Zhuang Ye*, Fa-Jun Nan* Inhibitors of type I MetAPs containing pyridine-2-carboxylic acid thiazol-2-ylamide. Part 2: SAR studies on the pyridine ring 3-substituent Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005 ， 15 ， 639-644 。