HCN通道细胞外炮塔螺旋耦联电压感受器运动与孔道开放的机制研究

《Nature Communications》：The extracellular turret as a structural hub for voltage sensor-pore coupling in HCN channels

　　

摘要

超极化激活环核苷酸门控（HCN）通道对心脏和神经细胞的节律性电活动至关重要，其功能失调是心律失常和癫痫等疾病的病理基础。尽管HCN通道与电压门控钾离子（Kv）通道共享保守的六跨膜结构，但电压感受器结构域（VSDs）如何与孔道开放耦联仍不完全清楚。在本研究中，我们发现了一条通过细胞外炮塔螺旋将电压感受器运动与孔道开放耦联的细胞外途径，该螺旋是HCN通道电压依赖性门控的关键决定因素。对HCN4进行丙氨酸扫描突变分析发现，六个炮塔残基的替换消除了超极化诱发的电流。电压钳荧光检测显示，这些突变保留了S4的激活，但选择性地破坏了炮塔的构象变化，从而将VSD运动与孔道开放解耦。结构和功能分析进一步发现了一个将炮塔与S1、S5和S6片段连接起来的细胞外相互作用网络，该网络对于超极化依赖性门控至关重要。综上所述，这些发现表明细胞外炮塔是一个活跃的门控枢纽，它协调协同的细胞外重排，将电压感受器的位移传递到孔道。基于这些结果，我们提出了一个"手拉手"耦联模型，在该模型中，炮塔重排作为HCN通道电压依赖性开放过程中的关键下游中继。