ナトリウムチャネルダイマーをアンカップリングすることで、痛みに連動したNav1.7変異の表現型を回復させることができた

Uncoupling sodium channel dimers rescues the phenotype of a pain-linked Nav1.7 mutation.

• Annika H Rühlmann
• Jannis Körner
• Ralf Hausmann
• Nikolay Bebrivenski
• Christian Neuhof
• Silvia Detro-Dassen
• Petra Hautvast
• Carène A Benasolo
• Jannis Meents
• Jan-Philipp Machtens
• Günther Schmalzing
• Angelika Lampert

抄録

痛みを感じる刺激を適切に知覚するためには、電位依存性ナトリウムチャネルNav1.7が必須である。SCN9Aをコードする遺伝子SCN9Aの変異は、ヒト患者において様々な疼痛症候群を引き起こす。SCN9Aの変異体は、赤面痛症や発作性激痛障害（PEPD）の症状を引き起こし、その主なゲーティング変化は、強く増強された持続性電流である。最近発表された電圧ゲーティングナトリウムチャネルの立体構造に基づいて、不活性化粒子がどのようにチャネルに結合するのか、このメカニズムがhNav1.7/A1632E変異によってどのように阻害されるのか、そして二量化が痛みに関連した変異の機能をどのように修飾するのかを調べた。

BACKGROUND & PURPOSE: The voltage-gated sodium channel Nav1.7 is essential for adequate perception of painful stimuli. Mutations in the encoding gene, SCN9A, cause various pain syndromes in human patients. The hNav1.7/A1632E mutant causes symptoms of erythromelalgia and paroxysmal extreme pain disorder (PEPD), and its main gating change is a strongly enhanced persistent current. On the basis of recently published 3D structures of voltage-gated sodium channels, we investigated how the inactivation particle binds to the channel, how this mechanism is interfered with by the hNav1.7/A1632E mutation, and how dimerization modifies function of the pain-linked mutation.

実験的アプローチ:

我々は、原子論的分子シミュレーションを適用して、ナトリウムチャネルの高速不活性化に対する変異の効果を実証した。その結果、チャネルの二量化を示すためにネイティブポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)を用い、パッチクランプ測定を行ったところ、機能的なチャネルの二量化とhNav1.7/A1632E変異による高速不活性化の障害との間に関連性があることが明らかになった。

EXPERIMENTAL APPROACH: We applied atomistic molecular simulations to demonstrate the effect of the mutation on channel fast inactivation. Native polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) was used to demonstrate channel dimerization and patch-clamp measurements revealed a link between functional channel dimerization and the impairment of fast inactivation by the hNav1.7/A1632E mutation.

重要な結果:

我々は、hNav1.7/A1632Eの持続電流の増加は、不活性化粒子の結合障害によるものであることを示し、これは最近提案されたアロステリックな高速不活性化機構の適切な機能を阻害する。我々は、hNav1.7が二量体を形成していること、およびhNav1.7/A1632Eの疾患に関連した持続電流がチャネルの機能的二量体化状態に依存していることを示している。14-3-3-3阻害剤である合成ペプチドdifopeinを発現させると、二量体を形成しないことが知られており、hNav1.7/A1632Eが誘導する持続電流が有意に減少した。

KEY RESULTS: We demonstrate that the enhanced persistent current of hNav1.7/A1632E is due to impaired binding of the inactivation particle, which inhibits the proper function of the recently proposed allosteric fast inactivation mechanism. We show that hNav1.7 forms dimers and that the disease-associated persistent current of hNav1.7/A1632E depends on the channel's functional dimerization status: Expression of the synthetic peptide difopein, a 14-3-3 inhibitor known to functionally uncouple dimers, significantly decreased hNav1.7/A1632E-induced persistent currents.

結論:

変異型ナトリウムチャネル二量体の機能的なアンカップリングは、そのアロステリックな高速不活性化機構の欠陥を回復させる。これらの知見は、ナトリウムチャネルの二量体化の概念を支持し、ヒトの疼痛症候群との関連性を明らかにした。

CONCLUSION: Functional uncoupling of mutant hNav1.7/A1632E channel dimers rescues its defective allosteric fast inactivation mechanism. Our findings support the concept of sodium channel dimerization and reveal its potential relevance for human pain syndromes.

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