小胞体タンパク質ファミリーによるHCN4チャネルのアイソフォーム特異的制御

Isoform-specific regulation of HCN4 channels by a family of endoplasmic reticulum proteins.

• Colin H Peters
• Mallory E Myers
• Julie Juchno
• Charlie Haimbaugh
• Hicham Bichraoui
• Yanmei Du
• John R Bankston
• Lori A Walker
• Catherine Proenza

抄録

興奮性細胞内のイオンチャネルは、補助タンパク質が細孔形成サブユニットの生物物理的特性を調節する高分子複合体の中で機能しています。超分極活性化された環状ヌクレオチド感受性のHCN4チャネルは、視床皮質ニューロンや心臓ペースメーカー細胞を含む全身の細胞において、膜の興奮性を決定する重要な因子である。我々はこれまでに、細胞の種類によってHCN4チャネルの性質が劇的に異なることを明らかにしてきた。本研究では、小胞体（小胞体）膜貫通タンパク質がHCN4と関連し、HCN4を制御していることを明らかにした。リンパ制限膜タンパク質（LRMP、Jaw1）とイノシトール三リン酸受容体関連グアニル酸キナーゼ基質（IRAG、Mrvi1、Jaw1L）は、小胞体内腔ドメインが小さく、細胞質ドメインが大きい相同性の高いタンパク質である。これらの相同性にもかかわらず、LRMPとIRAGはHCN4に対して異なる作用を示す。LRMPは機能低下調節因子であり、cAMPの結合に応答してHCN4の電圧依存性の正則的な脱分極シフトを阻害する。一方、IRAGは、cAMP非存在下では基底電圧依存性を脱分極することでHCN4の機能を獲得する。LRMPとIRAGの作用機序は、トラフィッキングとcAMP結合に依存せず、HCN4アイソフォームに特異的である。また、IRAGはマウスの中脳房結節で高発現しており、その存在がHCN4電流を増加させることがコンピュータモデリングによって予測されていることもわかった。これらの結果は、細胞の興奮性調節におけるLRMPとIRAGの重要な役割を示唆しており、HCN4チャネル機能の仕組みを理解するためのツールとして、また、シグナル伝達経路の調整のための足場としての可能性を示唆している。

Ion channels in excitable cells function in macromolecular complexes in which auxiliary proteins modulate the biophysical properties of the pore-forming subunits. Hyperpolarization-activated, cyclic nucleotide-sensitive HCN4 channels are critical determinants of membrane excitability in cells throughout the body, including thalamocortical neurons and cardiac pacemaker cells. We previously showed that the properties of HCN4 channels differ dramatically in different cell types, possibly due to the endogenous expression of auxiliary proteins. Here, we report the discovery of a family of endoplasmic reticulum (ER) transmembrane proteins that associate with and modulate HCN4. Lymphoid-restricted membrane protein (LRMP, Jaw1) and inositol trisphosphate receptor-associated guanylate kinase substrate (IRAG, Mrvi1, and Jaw1L) are homologous proteins with small ER luminal domains and large cytoplasmic domains. Despite their homology, LRMP and IRAG have distinct effects on HCN4. LRMP is a loss-of-function modulator that inhibits the canonical depolarizing shift in the voltage dependence of HCN4 in response to the binding of cAMP. In contrast, IRAG causes a gain of HCN4 function by depolarizing the basal voltage dependence in the absence of cAMP. The mechanisms of action of LRMP and IRAG are independent of trafficking and cAMP binding, and they are specific to the HCN4 isoform. We also found that IRAG is highly expressed in the mouse sinoatrial node where computer modeling predicts that its presence increases HCN4 current. Our results suggest important roles for LRMP and IRAG in the regulation of cellular excitability, as tools for advancing mechanistic understanding of HCN4 channel function, and as possible scaffolds for coordination of signaling pathways.