钾离子通道蛋白Shaker对果蝇心脏衰老的保护作用

钾离子通道在心肌细胞动作电位复极过程中起着重要作用。钾离子通道蛋白种类繁多,已知钾离子通道蛋白KCNQ和HERG/eag参与心脏动作电位的形成,调节心脏收缩节律。钾离子通道蛋白Shaker是果蝇(Drosophila)体内发现的第一个电压门控钾离子通道,维持神经元和肌肉细胞的电兴奋性,但是目前其在成人心脏功能中的作用仍不清楚。本研究以果蝇为模型,高频电刺激模拟心脏应激状态,观察钾离子通道蛋白shaker基因突变体的心衰发生率。同时,利用心脏特异性启动子hand4.2Gal4特异性敲低钾离子通道蛋白Shaker的表达;果蝇成体心脏生理学功能分析系统分析了1、3、5周龄特异性敲低钾离子通道蛋白Shaker的心脏表型。结果表明,shaker基因突变将严重影响果蝇心脏抗应激能力,表现在高频电刺激后的心力衰竭发生率显著性升高;心脏特异性敲低shaker基因导致5周龄果蝇心律失常发生率显著性增加;心脏特异性敲低HDAC3将显著降低果蝇寿命。综上所述,本研究推测钾离子通道蛋白Shaker在衰老过程中维护果蝇正常的心脏功能。

山新杨钾离子通道基因PdbSKOR的克隆与功能分析

【目的】植物SKOR是典型的外向整流型Shaker类钾离子(K+)通道蛋白,介导根部K+向地上部的长距离运输。本研究克隆并鉴定杨树K+通道基因PdbSKOR,在转录水平探讨其组织特异性表达特征及对缺钾、高钾、干旱和低温胁迫的响应情况,并明确其电生理学功能。【方法】通过同源克隆法,在山新杨中鉴定并克隆1个K+通道基因PdbSKOR;运用MEGA 7.0软件构建山新杨等14种不同科属木本植物SKOR通道成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析PdbSKOR的组织特异性表达特征及在转录水平根部PdbSKOR对缺钾、高钾(60 mmol·L-1 KCl)、干旱(15%PEG6000)和低温(4℃)处理的响应情况;借助膜片钳系统研究PdbSKOR的电生理功能。【结果】在山新杨中克隆1个K+通道基因PdbSKOR(GenBank No.MT335814),其编码蛋白含有6个离子通道跨膜域(S1—S6)、环核苷酸结合域、Ankyrin锚蛋白域和KHA二聚体功能结构域,属于典型的Shaker类K+通道;14种木本植物SKOR蛋白的氨基酸一致性高达81.09%,S6跨膜区的氨基酸一致性最高(96%);不同科属植物的SKOR同源蛋白在遗传进化关系上差异较大,而同一科属植物的遗传距离较近,山新杨PbdSKOR与同属杨柳科的红皮柳的同源蛋白SpuSKOR的遗传距离最近;在PdbSKOR启动子区域预测到18种顺式作用元件,主要包括发育调控、激素响应和胁迫响应等相关的调控元件;实时荧光定量PCR表明PdbSKOR在3年生山新杨根部的相对表达量最高,其次是盛开期花和花序,在茎部、叶片和果絮中的表达量相对较低;PdbSKOR在组培幼苗根部的表达水平也是最高的,且在转录水平对高钾处理没有响应,但对缺钾、干旱和低温胁迫处理较为敏感,其中,PdbSKOR在幼苗根部的表达水平受缺钾或干旱处理的抑制均显著降低,受低温胁迫诱导而显著增强;膜片钳研究表明当细胞膜电位为+20 mV时,PdbSKOR离子通道即被激活,并记录到典型的外向整流电流,并随胞外K+浓度的降低而增大,且正向电压越大,内向整流的电流越强,表明PdbSKOR是一个电压依赖的外向整流型K+通道。【结论】从山新杨中克隆并鉴定了1个K+通道基因PdbSKOR;山新杨PdbSKOR与红皮柳SpuSKOR在系统进化关系上最近;PdbSKOR主要在山新杨根部(成年树和幼苗)表达,幼苗根部PdbSKOR在转录水平受缺钾、干旱和低温胁迫的调控;PdbSKOR是山新杨根部主导K+外排的通道。

葡萄钾离子通道基因VviSKOR的克隆、表达及电生理功能

【目的】从葡萄中克隆并鉴定钾离子通道基因VviSKOR,在转录水平分析其组织特异性表达特征及对缺钾、氯化钠(NaCl)与脱落酸(ABA)等胁迫的响应情况,通过膜片钳电生理技术研究其生理学功能。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定钾离子通道基因VviSKOR;借助多种生物信息学软件分析葡萄SKOR及其编码蛋白的特征;利用MEGA 7.0软件建立葡萄、拟南芥、水稻、玉米、高粱、短柄草、大豆、番茄、黄瓜、白杨、桃、梨、草莓、苹果、木瓜、柑橘、香蕉、凤梨等18种不同科属植物SKOR同源蛋白成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析VviSKOR在葡萄不同组织部位的表达模式及对缺钾、NaCl、ABA与sorbitol等胁迫的响应情况;利用膜片钳电生理系统分析葡萄VviSKOR的生理学功能。【结果】在葡萄基因组中克隆获得一个钾离子通道基因VviSKOR,其编码蛋白含有环核苷酸结合域、离子通道跨膜域、Ankyrin repeats和KHA功能结构域,属于典型的Shaker类钾离子通道;18种不同科属植物SKOR蛋白在氨基酸水平具有58.92%的一致性,系统进化树表明葡萄VviSKOR与黄瓜CsaSKOR紧密聚在一起,其遗传进化关系上较近,4种禾本科植物(玉米、水稻、短柄草和高粱)SKOR家族成员在系统进化树上更倾向于聚在一起,而同属蔷薇科植物(草莓、苹果、梨和桃)SKOR在进化关系上紧密聚在一起;亚细胞定位预测表明葡萄VviSKOR蛋白主要定位于细胞质膜,且含有6个跨膜区,其等电点PI为6.24,表明该蛋白含有偏酸性氨基酸残基较多;在VviSKOR启动子区域预测到12种顺式作用元件,主要包括胁迫响应、激素响应和细胞周期调控等不同生命活动相关的调控元件;数据库表达谱分析结果表明葡萄VviSKOR在多种组织或器官中均有表达,在葡萄树根中的表达水平最高,其次是叶和木质部;实时荧光定量PCR分析表明VviSKOR在7年生‘马瑟兰’葡萄树根部和幼苗根部的表达水平均最高;幼苗中,VviSKOR在转录水平对高钾处理没有响应,但对缺钾、ABA和NaCl胁迫处理较为敏感,其在检测幼苗根部、茎部和叶片中的表达量均被缺钾和ABA抑制而降低,却受NaCl胁迫诱导而显著增强;转染pTracer-CMV3-SKOR质粒的HEK293-T细胞记录到外向电流,且随细胞外钾离子浓度的增加而降低,表明VviSKOR为一外流型钾离子通道,此外,记录到的电流随着电压的增加而增加,说明VviSKOR也是电压依赖型钾离子通道。【结论】葡萄VviSKOR与黄瓜CsaSKOR在遗传进化关系上最为相近;VviSKOR主要在葡萄根部(成年树和幼苗)表达,幼苗中VviSKOR在转录水平受缺钾、ABA和NaCl胁迫的调控;VviSKOR是葡萄根部主导钾离子外排的钾离子通道。

林烟草Shaker钾通道基因NsylNKT6启动子的克隆与功能分析

Shaker家族钾离子通道在植物钾素的吸收转运中发挥重要作用。前期从林烟草(Nicotiana sylvestris)中克隆到Shaker家族GroupⅡ的一个成员NsylNKT6,但其具体的组织表达模式尚不清楚。本研究以林烟草基因组DNA为模板,克隆获得NsylNKT6上游长1981 bp的启动子序列。生物信息学分析表明,NsylNKT6启动子含有多个光、激素和胁迫等响应元件及分生组织表达元件。利用叶盘转化法,获得转NsylNKT6启动子驱动GUS报告基因的林烟草材料。GUS染色结果显示,正常培养条件下,在林烟草出苗期的叶片保卫细胞检测到GUS活性;在林烟草团棵期,叶片的叶脉维管组织、腺毛及保卫细胞均检测到GUS活性。上述结果表明NsylNKT6在保卫细胞、叶脉维管组织和腺毛细胞中表达。推测该基因可能通过调节钾吸收参与气孔运动,或介导维管组织和腺毛中的钾离子吸收转运过程,且其表达可能受光、激素和胁迫等的调控。本研究为解析NsylNKT6钾通道的生理功能提供理论基础。

检测钾离子通道的小分子荧光探针的研究进展

钾离子通道是分布最为广泛、种类繁多的一类离子通道,因其生理功能的多样性,已成为许多疾病的药物作用靶点。近年来,许多化学结构不同的药物均因钾离子通道阻滞引起的严重心肌毒性而被撤出市场,使得小分子药物的钾通道抑制活性筛选面临重大挑战。介绍检测钾离子通道的小分子荧光探针的研究进展,并总结小分子荧光探针的作用机制,为今后小分子荧光探针的设计提供思路,使得小分子荧光探针可以广泛应用于候选药物的高通量筛选、钾离子通道的活体成像与检测。