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ATP对心肌Cav1.2钙通道的直接调节作用

封瑞  徐建军  郭凤  胡慧媛  赵美眯  孙雪菲  龟山正树  郝丽英  
【摘要】:L型钙通道是一种电压依赖性钙通道,其由4个亚单位组成,分别为α1,α2δ,β1-4和γ,其中α1亚单位是主要的功能单位。钙离子信号与很多重要的生理功能密切相关,而L型钙通道严格控制着钙离子进出细胞的过程,因此,研究L型钙通道的精细调节机制至关重要。三磷酸腺苷(adenosine-triphosphate,ATP)是体内组织细胞一切生命活动所需能量的直接来源,其参与蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的合成。在心肌细胞中,钙离子的跨膜转运需要消耗大量的能量,ATP为其能量的重要来源之一。研究发现,ATP可缩短患者心脏发作时间,或缩短患者接受心脏手术后的恢复时间,并且,ATP可改善因心脏压力造成的心脏能量低的状态,因此,ATP在维持心脏功能方面起到了非常重要的作用,然而详细的调节机制并不清楚。早期的研究发现ATP和钙调蛋白(Camodulin,CaM)同时应用的情况下,能够逆转L型钙通道的Run-Down现象,单独应用其中任何一个都不能很好的恢复通道活性。有研究报道从心肌组织中提取的细胞内组分只有与ATP同时应用,才能维持L型钙通道活性,由此可见,不仅CaM在维持钙通道活性中起到重要作用,ATP同样也起到必不可少的作用。ATP对L型钙通道的调节作用机制复杂,其可通过激活蛋白激酶C使通道磷酸化,然也有研究报道其可能通过其他非磷酸化途径对L型钙通道进行调节,本研究拟从非磷酸途径角度对ATP与L型钙通道的关系进行探索研究。本研究应用蛋白与蛋白结合的方法,首次发现ATP能够直接与心肌Cav1.2钙通道结合。依据本研究的结果分析,推测至少2个分子的ATP可以与1个分子的Cav1.2钙通道结合,而且这两个ATP与钙通道的结合的亲和力可能不同,一个为较高亲和力,另外一个为较低亲和力,这也与前期电生理学研究结果非常相似。我们早期的实验同时应用ATP和CaM才能很好地恢复L型钙通道的活性,在CaM缺失的情况下,ATP单独不能很好的恢复具有Run-Down现象的钙通道活性,由此推测可能ATP对钙通道的调节会受到CaM的影响,即CaM可能会对ATP与钙通道的结合具有一定的调节作用。因此,进行了更进一步的研究。研究发现,CaM确实对ATP与心肌Cav1.2钙通道的结合有影响。已有很多的研究报道CaM可以直接与Cav1.2钙通道结合,对钙通道的功能进行调节。我们以前的研究报道,1个分子L型钙通道可以结合2个分子CaM,并且这2个分子的CaM,分别介导Ca~(2+)依赖性易化与失活。本研究在不同分子数CaM存在的情况下,检测ATP与Cav1.2钙通道的结合情况,发现随着CaM分子数的增加,ATP与Cav1.2钙通道的结合先增加后减少,这说明CaM对ATP的结合作用具有双向调节作用,这种双向调节作用可能是ATP对L型钙通道功能的调节的基础。然ATP、CaM和Ca~(2+)三种分子之间的相互作用的详细机制可能会更加复杂,需要进一步的实验研究。本研究对ATP与心肌Cav1.2钙通道的结合作用进行了一系列的研究,ATP,Ca~(2+),CaM对L型钙通道调节作用机制非常复杂,相关的研究也是非常的丰富,本研究提出了ATP对L型钙通道调节的新机制,不仅为L型钙通道调节机制增添了新的内容,也为临床上与ATP和L型钙通道相关的疾病的病因及治疗提供了新的思路。

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