环核苷酸门控离子通道及其功能的研究进展

环核苷酸门控(CNG)离子通道是一种非选择性的四聚体阳离子通道,可以直接被细胞内信使小分子——环核苷酸活化,是钙离子进入细胞的主要通道之一。CNG通道蛋白由6种不同基因编码:4个A亚单位和2个B亚单位。CNG离子通道的活性可被钙离子/钙调素(Ca2+/CaM)及磷酸化或膜上磷酸肌醇作用调节,从而改变细胞内钙离子浓度,参与多种生物学功能的调控。自从在视杆细胞中发现CNG离子通道以来,经历了对其生理功能、克隆相关基因、理解调控方式、解析晶体结构和开发相关的基因治疗方法等研究过程,在视觉和嗅觉感觉神经元(OSNs)的信号转导中发挥着重要作用。现就CNG离子通道的功能、结构、调控机制及其与相关疾病关系等方面进行简要综述,以期为CNG离子通道相关疾病的治疗提供理论依据。

蓖麻环核苷酸门控离子通道RcCNGC2克隆与盐胁迫下表达分析

为探讨RcCNGC2在蓖麻耐盐中的作用,以通蓖5号叶片为材料,克隆获得环核苷酸门控离子通道RcCNGC2完整编码区序列(CDS),并对该序列进行序列比对、蛋白结构分析,构建多元表达载体,分析了在盐胁迫下蓖麻RcCNGC2基因根、茎、叶组织中6个时间点的表达量变化。结果显示,RcCNGC2 CDS长度为2148 bp,编码715个氨基酸,蛋白分子量为34.15 ku,等电点为9.96,存在5个跨膜结构域。氨基酸序列一致性分析表明,RcCNGC2与橡胶树一致性最高,达89.15%。qRT-PCR分析结果显示,NaCl处理后RcCNGC2表达量在根中上调且差异显著,在茎、叶中随NaCl处理时间延长而显著减少。综上,RcCNGC2在蓖麻受到盐胁迫时起重要信号传导作用。

环核苷酸门控离子通道的结构、功能及活性调节

环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated ion channels,CNG）是非选择性的阳离子通道,直接被环核苷酸活化.6个不同基因编码CNG离子通道蛋白,4个A亚单元（A1～A4）和2个B亚单元（B1,B3）.CNG离子通道是由2个或3个不同的亚单元组成的异四聚体复合物,是Ca^2＋进入细胞内的主要通道之一.CNG离子通道的活性可被Ca^2＋/CaM及磷酸化/去磷酸化作用所调节,从而改变细胞内钙离子浓度,触发一系列生理效应.近年来CNG离子通道的研究进展神速,成为生命科学的一个热点领域.本文对CNG离子通道的结构、功能及活性调节机制进行了综述.

植物环核苷酸门控离子通道基因的功能及其调控

环核苷酸（cAMP/cGMP）是生命体重要的信号分子,环核苷酸门控离子通道（CNGC）是环核苷酸主要的受体之一,目前已在植物中克隆并鉴定了多个环核苷酸门控离子通道基因,它们参与调控植物的生长、发育以及抗病等反应。这些通道既可通过一价阳离子,也可通过二价阳离子,其活性受Ca^2＋/Calmodulin调控。本文概括了近年来植物环核苷酸门控离子通道（CNGC）基因的克隆、植物CNGC对离子的选择特性、CNGC的生物学功能与调控等方面的研究进展。

环核苷酸门控离子通道基因CNGC3正调控拟南芥抗核盘菌免疫

环核苷酸门控离子通道(cyclic nucleotide-gated ion channel,CNGC)对死体营养型病原物的免疫调控功能及机制尚知之甚少。在本研究中,通过基因产物亚细胞定位、基因表达模式以及免疫调控功能的遗传学分析,探究了AtCNGC3基因对典型死体营养型病原物核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)的免疫调控功能。结果表明:AtCNGC3蛋白定位于质膜上。AtCNGC3基因在拟南芥各组织中均有表达,没有组织特异性。核盘菌接种强烈且持续诱导AtCNGC3基因的表达。Atcngc3突变体植株对核盘菌更易感,而AtCNGC3基因超表达(AtCNGC3 overexpression,AtCNGC3-OE)植株表现出更强的核盘菌抗性,说明AtCNGC3正调控拟南芥对核盘菌的抗性。用植物激发子肽AtPep1浸泡处理拟南芥幼苗能迅速诱导AtCNGC3基因表达,AtPep1诱导的活性氧(reactive oxygen species,ROS)迸发在Atcngc3突变体植株中减弱,而在AtCNGC3-OE植株中增强,说明AtCNGC3正调控AtPep1诱导的ROS迸发。综上所述,本研究结果揭示了AtCNGC3正调控拟南芥对死体营养型病原真菌(核盘菌)的免疫,增进了对CNGC免疫调控功能的认识。

环核苷酸门控离子通道门控的分子机理(英文)

环核苷酸门控离子通道(CNG)最广泛地分布于神经细胞。近年来关于 CNG 通道门控的分子机制的研究取得了很大的进步。研究表明, CNG 通道的组成及组装影响通道的特性及门控。近年来有关 CNG 突变体的研究及半胱氨酸残基亲和性的分析表明, 环核苷酸首先结合到 CNG 通道 C 端的环核苷酸结合域(CNBD)上引起 CNBD 空间构像改变, 然后 4 个亚单元发生空间构像的协调改变, CNG 通道开放。本文详细讨论了 CNG 通道的门控机制、各亚单元之间的相互作用、组装的过程及其空间构想的变化, 为 CNG 通道的进一步研究, 尤其是离子通道疾病方面提供理论指导。

心脏中超极化环核苷酸门控离子通道的研究进展

超极化环核苷酸门控离子通道(HCN)是心脏起搏细胞固有的一种离子通道,对心脏功能的维持起着非常重要的作用。早在19世纪70年代后期,人们就已经对心脏细胞的这种离子通道的功能进行了描述。目前已经有4个HCN离子通道亚单元基因被克隆出来,但与HCN离子通道有关的心脏疾病还有待进一步研究。考虑到HCN离子通道在心脏窦房结细胞中的主要功能是促进心脏窦房结细胞自发活动的产生和心脏跳动频率的控制,HCN离子通道的突变或缺失可能导致心律失常等可遗传的心脏病。论文就HCN离子通道的主要特性、在心脏中的表达及其主要功能、相关的疾病及其敲除模型的研究进展进行综述。

植物环核苷酸门控通道(CNGC)基因家族的结构与功能

环核苷酸门控通道(CNGC)是近年来被确认的在动植物细胞中普遍存在的离子通道基因家族。文章就近年来植物中CNGC基因的种类、分子结构、作用机制及其在植物生长发育中的功能的研究进展作了概述。

钙调素结合位点调控环核苷酸门控离子通道研究进展

环核苷酸门控离子通道(Cyclic nucleotide-gated ion channels,CNGC)是非选择性的阳离子通道,受细胞内信使小分子环核苷酸(cAMP和cGMP)以及Ca^(2+)/CaM调控。哺乳动物CNGC功能的变构调节机制受到CaM结合影响,哺乳动物CNGC在胞质N和/或C末端具有CaMBD。在植物方面,研究大多集中于与植物CNGC的环核苷酸结合结构域重叠的C端CaM结合结构域(CaMBD)。然而近期对模式植物拟南芥CNGC12的研究提供了单个植物CNGC同种型具有多个CaMBD的证据。重点总结了动植物钙调蛋白多个结合位点调控环核苷酸门控离子通道的研究进展。

植物环核苷酸门控离子通道的研究进展

环核苷酸是植物生命活动过程中重要信号通路的信号分子,植物环核苷酸门控离子通道(Cyclic nucleotide-gated channels,CNGCs)的活性可由环核苷酸调控,参与植物的生长发育以及响应各种胁迫等重要生理过程。从植物环核苷酸门控离子通道的分子结构特性、调节和离子选择性以及功能进行了详细综述,总结植物环核苷酸门控离子通道在植物生长发育以及胁迫反应的新进展,对今后植物环核苷酸门控离子通道的研究方向进行展望,以期为植物环核苷酸门控离子通道研究提供参考。

植物环核苷酸门控离子通道及其功能研究进展

环核苷酸门控离子通道(CNGC)是非选择性的阳离子通道,可以直接被细胞内信使小分子——环核苷酸(c AMP和c GMP)活化。该通道蛋白包含6个跨膜α-螺旋,C端各具一个交叠的环核苷酸与钙调蛋白结合区。CNGC广泛存在于各种植物细胞中。研究表明,模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的CNGC家族有20个成员,分为4个亚群,它们在抗病、花粉管生长、对Ca2+响应、抵抗重金属离子毒害和抗盐等多种信号途径中发挥重要作用,协助植物细胞应对各种生物与非生物胁迫。该文简要介绍了CNGC的结构、表达谱及其调控因子,并着重总结了近年来CNGC生物学功能的研究进展,以期为今后系统开展其功能研究提供理论依据。

甲苯噻嗪通过抑制超极化激活环核苷酸门控离子通道电流产生镇痛作用机制研究

目的探讨甲苯噻嗪(xylazine,Xyl)通过抑制超极化激活环核苷酸门控阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated,HCN)电流产生镇痛作用的机制。方法对HCN亚型通道1(HCN1)基因敲除小鼠(HCN1-/-)及HCN1野生型小鼠(HCN1+/+)分别腹腔注射生理盐水及Xyl(10、20、30和40mg/kg),通过进行机械痛觉测试及甩尾试验方法检测Xyl的镇痛效果,计算出最大镇痛效应百分比(percent maximum possible effect,%MPE);HEK 293细胞转染HCN1质粒和HCN亚型通道2(HCN2)质粒,分为对照组及不同浓度Xyl(12.5、25、50和100μmol/L)实验组,利用全细胞膜片钳记录表达HCN1和HCN2离子通道的HEK 293细胞超极化激活电流(hyperpolarization-activated currents,Ih),计算Xyl对Ih的抑制率。结果HCN1+/+小鼠和HCN1-/-小鼠注射Xyl后对机械痛觉刺激和热辐射刺激反应的%MPE均为随着Xyl质量浓度增加而加大,当Xyl质量浓度为30mg/kg及40mg/kg时,HCN1-/-小鼠机械痛觉刺激测试的%MPE为(62.06±14.72)%和(69.92±16.09)%;甩尾试验%MPE为(52.50±1.97)%和(64.74±6.34)%。HCN1+/+小鼠机械痛觉刺激测试的%MPE为(75.47±8.06)%和(86.35±11.31)%;甩尾试验%MPE为(57.83±4.82)%和(74.98±9.35)%,等量Xyl对HCN1+/+小鼠与HCN1-/-小鼠的镇痛作用(机械痛觉刺激和甩尾试验)差异有统计学意义(P<0.05)。全细胞膜片钳试验结果显示,Xyl对HCN1及HCN2离子通道电流均产生了抑制作用,Xyl(12.5～100μmol/L)对HCN1的Ih的抑制率为(24.62±23.62)%～(62.40±15.48)%;HCN1的半数激活电压(V1/2)为:(-79.58±1.56)mV～(-98.95±3.57)mV。Xyl对HCN2的Ih的抑制率为(29.19±17.82)%～(80.02±6.64)%;HCN2的V1/2为:(-102.17±1.36)mV～(-117.48±2.38)mV。结论 Xyl对HCN1+/+小鼠的镇痛效果比HCN1-/-小鼠更好。Xyl可能是通过抑制HCN离子通道电流,从而产生镇痛作用。

人类超极化激活环核苷酸门控阳离子通道基因体内转染大鼠心脏进行生物起搏的初步研究

严重的缓慢性心律失常往往需要置入电子起搏器。然而，电子起搏器自身存在一些局限性。近年来，人们开始探索采用基因治疗和细胞治疗技术构建生物起搏器。目前，构建生物起搏器的策略有多种，其中以通过增强起搏电流（pacemaker current，If）来构建生物起搏器的策略最受关注。If的分子基础是超极化激活环核苷酸门控阳离子通道（hyperpolarization—activated cyclic nucleotide-gated cation channel，HCN）。本研究的目的是探讨利用人类HCN2（hHCN2）转染到大鼠心脏中进行生物起搏的可行性、安全性和时效性。

植物内环核苷酸门控离子通道的研究进展

环核苷酸门控离子通道(CNGCs)是植物体内重要的非选择性的四聚体阳离子通道,参与植物细胞离子选择通透性、生长发育、生物和非生物胁迫响应等多种生物学功能的调控。本文简要介绍了植物中CNGCs的分类和定位,并阐述了CNGCs的结构和其异四聚体组装的最新进展,总结了近年来CNGCs在植物生长发育、对盐、干旱、冷、热和重金属等非生物胁迫的耐性及抗病反应等生物学功能方面的研究,讨论了CNGCs关于被cNMP激活调控的争议以及磷酸化和CaM调控模式的最新研究进展,为深度发掘其功能奠定基础。

大白菜BrCNGC全基因组鉴定及其表达分析

[目的]本文旨在研究大白菜环核苷酸门控离子通道基因(BrCNGC)的进化关系、结构特征、染色体定位及其表达模式。[方法]通过生物信息技术对大白菜BrCNGC进行分子进化分析、功能结构分析、染色体定位分析、保守结构域分析,并且通过荧光定量PCR分析该基因家族在脱落酸(ABA)+芜菁花叶病毒(TuMV)、水杨酸(SA)+TuMV、茉莉酸甲酯(MeJA)+TuMV和抗坏血酸(AsA)+TuMV处理下的表达差异。[结果]大白菜BrCNGC家族有26个成员,可分为4个组(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),其中第Ⅳ组又可以分为2个亚组(Ⅳa和Ⅳb)。它们分布在9条染色体上,1号染色体上BrCNGC数量最多(有5个),5号染色体上只有1个BrCNGC基因,而8号染色体上没有BrCNGC基因分布。基因结构分析表明:该家族基因中共鉴定出10种motif,其中有14个BrCNGC蛋白都包含这10种motif,同组成员之间的motif组成相似。荧光定量PCR结果表明:在植物生长调节剂与TuMV相互作用下,大部分BrCNGC的表达量上调,少数BrCNGC的表达量下调。[结论]大白菜BrCNGC结构高度保守,其在大白菜抵御TuMV侵染过程中发挥一定的作用,该发现为以后进一步研究BrCNGC的功能奠定了基础。

HCN通道在中枢神经系统的功能和调节机制研究进展

超极化激活环核苷酸门控(HCN)离子通道分布于机体多种组织中,尤其在兴奋性细胞(如心脏细胞和多种类型的神经元)中表达丰富,在控制心脏节律和维持细胞膜兴奋性等方面发挥重要功能。不同于经典的电压依赖性钠离子通道和钾离子通道,HCN通道在膜电位超极化时激活,诱发向内电流。近来的系列研究发现,HCN通道在神经系统中起着重要的作用,这与其特殊的电生理特性及其对细胞膜兴奋性的调节紧密关联。HCN通道受到细胞内外多种分子机制调节,使其在不同的生理病理条件下功能更加复杂。目前,HCN通道被认为是一个潜在的治疗慢性疼痛和多种脑疾病的新靶标。本文将重点围绕HCN通道在神经系统中的功能及其调节机制进行综述。

HCN通道在突触传递和可塑性中的作用研究进展

超极化激活环核苷酸门控(HCN)离子通道分布于神经组织中,在不同类型的神经元中表达丰富,在调控细胞膜兴奋性等方面发挥重要作用。HCN通道广泛参与了神经元的突触传递和可塑性变化以及中枢神经系统疾病的病理生理过程。HCN通道已成为慢性疼痛及一些神经系统疾病的潜在治疗靶点。本文将重点围绕HCN通道在突触传递和可塑性中的作用及其调节机制进行综述。

氯胺酮抑制HCN1离子通道参与抗抑郁作用的研究

目的探讨超极化激活的环核苷酸门控的离子通道亚型1（HCN1）是否参与了亚麻醉剂量氯胺酮（KET）的抗抑郁作用。方法选择全身HCN1敲除（HCN1^-/-）及其相对应的野生型（HCN1^＋/＋）8～12周龄雄性C57BL6小鼠。在行为学实验中,长期低剂量饮水口服皮质酮（CORT）使小鼠产生慢性抑郁状态,采用强迫游泳实验（FST）中小鼠不动时间来评估小鼠抑郁状态。小鼠随机一次性腹腔注射5mg/kg KET（KET组,n=7）或等体积生理盐水（NS组,n=7）,并且记录比较4组抑郁小鼠给予注射后30min,24h,7d在强迫游泳实验中的不动时间。另外选取正常HCN1^-/-和HCN1^＋/＋小鼠,各小鼠给予腹腔注射5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）后24h,随机一次性腹腔注射5mg/kg KET（KET组,n=5）或等体积生理盐水（NS组,n=5）,24h后断头取脑,采用免疫荧光染色,观察4组小鼠海马中BrdU标记的新生神经元的数目。结果 CORT处理前HCN1^-/-小鼠的不动时间短于HCN1^＋/＋小鼠（P〈0.01）,抑郁状态较HCN1^＋/＋小鼠轻;CORT处理后各基因型小鼠的不动时间均较基础值增加（P〈0.01）,抑郁状态加重。比较30min内、24h内及7d内不动时间的减小幅度,HCN1^＋/＋KET组在任一时间点均大于其余3组（P〈0.05）,HCN1^-/-KET、HCN1^＋/＋NS组及HCN1^-/-NS组在上述任一时间段不动时间变化幅度差异均无统计学意义。NS处理后,HCN1^-/-小鼠海马中新生神经元数目多于HCN1^＋/＋小鼠（P〈0.05）;HCN1^＋/＋小鼠给予KET 24h后,其海马中新生神经元数目较生理盐水组增多（P〈0.05）,而HCN1^-/-小鼠给予KET后,其海马神经元数目与生理盐水组比较,差异无统计学意义。结论KET抗抑郁作用可能是通过抑制HCN1离子通道实现的。

hHCN2基因转染的脂肪组织来源的成体干细胞可分化为起搏样细胞

目的大鼠脂肪来源的成体干细胞(ADSC)转染人超极化激活环核苷酸门控离子通道-2(hHCN2)基因,观察其作为起搏细胞的可行性。方法取生长良好的ADSC转染hHCN2基因,通过RT-PCR、Western blot分析、免疫荧光技术检测hHCN2基因及蛋白的表达,用膜片钳技术检测细胞的电生理特征并记录其内向电流。将转染hHCN2基因的ADSC与心室肌细胞共培养,观察其对心室肌细胞自发性搏动的影响。结果 hHCN2基因修饰的大鼠ADSC能表达较强的hHCN2基因及蛋白,还能够产生超级化激活内向离子流。将其与心室肌细胞共培养,能使心室肌细胞的自发性搏动明显增快增强。结论将hHCN2基因转染ADSC能够使其分化为具有起搏功能的起搏样细胞,为进一步优化生物起搏器的研究提供了材料。

mHCN2基因修饰的大鼠骨髓间充质干细胞内向电流的记录及检测

目的构建超极化激活环的环核苷酸门控通道亚型2(mHCN2)基因修饰大鼠骨髓间充质干细胞(mMSCs),采用膜片钳技术记录细胞的内向电流并检测其电生理特征。方法采用密度梯度离心法和贴壁分离法分离获得mMSCs。EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切质粒pGH-mHCN2和pIRES2-EGFP,T4连接酶连接,构建质粒pIRES2-EGFP-mHCN2。脂质体将质粒转染至mMSCs,荧光显微镜下鉴定。全细胞膜片钳记录IHCN2并加入起搏电流特异性阻断剂Cs+检测其电流变化。结果酶切鉴定及测序检测证明质粒pIRES2-EGFP-mHCN2构建成功。荧光显微镜下可见转染成功的mMSCs发出绿色荧光。膜片钳记录到转染mHCN2基因的mMSCs的电压依赖性内向电流,其半最大激活电位为-95.1±0.9 mV,阈电位为-60 mV,最大激活电位为-140 mV。电极外液中加Cs+,内向电流几乎被完全抑制。未转染mHCN2的mMSCs未记录到内向电流。结论mHCN2基因在mMSCs中表达具有生理性起搏电流特征的电流,基因修饰的mMSCs有可能替代窦房结起搏细胞在自动除极过程中发挥重要作用。