最も一般的なブルガダ症候群および長QT症候群3型変異体であるE1784Kは、2つの異なるメカニズムを介してナトリウムチャネルの不活性化を阻害する

E1784K, the most common Brugada syndrome and long-QT syndrome type 3 mutant, disrupts sodium channel inactivation through two separate mechanisms.

• Colin H Peters
• Abeline R Watkins
• Olivia L Poirier
• Peter C Ruben

抄録

心臓の電圧ゲートナトリウムチャネルであるNav1.5の先天性およびde novo変異体は、long-QT症候群3型（LQT3）とBrugada症候群1型（BrS1）の両方の原因となっている。興味深いことに、Nav1.5の亜種のサブセットは、LQT3とBrS1の両方を引き起こす可能性がある。これらの変異体の多くは、チャネルの高速不活化機構を形成するチャネル構造に見出され、高速不活化プロセスの速度、電圧依存性、および完全性を変化させる。我々は、最も一般的な遺伝性Nav1.5バリアントであるE1784Kが、2つの分離可能なメカニズムを介して高速不活性化を変化させることを示すために、位置1784の一連の変異体を使用しています。(1) E1784Kの特徴である不活性化電流を増加させる電荷依存性相互作用、および(2) ピークナトリウム電流を減少させる過極性化された電圧依存性と高速不活性化速度の加速である。NavPaSの構造に基づいて構築されたホモロジーモデルを用いて、電荷依存性の相互作用がチャネルのDIII-DIVリンカー内のE1784とK1493の間にあることを見いだした（不活性化ゲートの下流5残基）。この相互作用は、1784の位置で正の電荷によって破壊され、不活性化電流を廃止するK1493E/E1784K二重変異体によって救済されることができる。しかし、この二重変異体は、電圧依存性または高速不活性化の速度のいずれかを復元しません。逆に、DIVS4の下部にある突然変異体K1641Dは、高速不活化の電圧依存性に過分極シフトを引き起こし、非不活化電流の増加を引き起こすことなく高速不活化の速度を加速した。これらの知見は、最も一般的な遺伝性不整脈性混合症候群の変異体であるE1784Kが、どのようにして一過性ナトリウム電流を減少させ、同時に非不活性化電流を増加させ、BrS1とLQT3の両方につながるのかについて、新たな機序的洞察を提供するものである。

Inheritable and de novo variants in the cardiac voltage-gated sodium channel, Nav1.5, are responsible for both long-QT syndrome type 3 (LQT3) and Brugada syndrome type 1 (BrS1). Interestingly, a subset of Nav1.5 variants can cause both LQT3 and BrS1. Many of these variants are found in channel structures that form the channel fast inactivation machinery, altering the rate, voltage dependence, and completeness of the fast inactivation process. We used a series of mutants at position 1784 to show that the most common inheritable Nav1.5 variant, E1784K, alters fast inactivation through two separable mechanisms: (1) a charge-dependent interaction that increases the noninactivating current characteristic of E1784K; and (2) a hyperpolarized voltage dependence and accelerated rate of fast inactivation that decreases the peak sodium current. Using a homology model built on the NavPaS structure, we find that the charge-dependent interaction is between E1784 and K1493 in the DIII-DIV linker of the channel, five residues downstream of the putative inactivation gate. This interaction can be disrupted by a positive charge at position 1784 and rescued with the K1493E/E1784K double mutant that abolishes the noninactivating current. However, the double mutant does not restore either the voltage dependence or rates of fast inactivation. Conversely, a mutant at the bottom of DIVS4, K1641D, causes a hyperpolarizing shift in the voltage dependence of fast inactivation and accelerates the rate of fast inactivation without causing an increase in noninactivating current. These findings provide novel mechanistic insights into how the most common inheritable arrhythmogenic mixed syndrome variant, E1784K, simultaneously decreases transient sodium currents and increases noninactivating currents, leading to both BrS1 and LQT3.

© 2020 Peters et al.