細胞外シグナル調節キナーゼ媒介リン酸化によるATP感受性カリウムチャネルの機能的調節

ATP感受性カリウム（K（ATP））チャネルは、インスリン分泌と血管緊張を制御し、代謝ストレス下でニューロンを保護する上で重要な役割を果たします。私たちは以前、一酸化窒素（NO）によるK（ATP）チャネルの刺激には、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）ファミリーのRasおよび細胞外シグナル調節キナーゼ（ERK）の活性化が必要であることを実証しました。ただし、ERKとK（ATP）チャネルの間の機械的リンクは不明のままでした。ERKがK（ATP）チャネルの機能をどのように調節するかを調査するために、サイト指向の突然変異誘発と組み合わせてシングルチャネル記録を実行しました。Neuronal K（ATP）チャネルアイソフォームであるKir6.2/Sur1チャネルは、一過性トランスフェクションによってヒト胚性腎臓（HEK）293細胞で発現しました。活性化されたERK2を、切除された裏返しパッチの細胞質表面に直接適用し、KIR6.2/SUR1チャネルのシングルチャネル活性を著しく強化しました。正規化されたオープン確率（NPO）と開口頻度は大幅に増加しましたが、平均閉鎖期間は減少しました。シングルチャネルコンダクタンスレベルは影響を受けませんでした。Kir6.2/Sur1チャネルのERK2誘導刺激は、酵素の熱不活性化により防止されました。さらに、KIR6.2サブユニットに存在する潜在的なERKリン酸化部位を破壊するT341およびS385のアラニン置換は、ERK2の刺激効果を大幅に廃止しましたが、T341およびS385のアスパラギン酸代置換は、小さいリン酸化の（負の）電荷効果を模倣して、小さい耐性効果を模倣します。しかし、チャネルのATP感度の大幅な低下。まとめると、ERK2/MAPKがニューロン型K（ATP）チャネルを活性化することを初めて報告します。この刺激には、T341およびS385残基でのKir6.2サブユニットのERKリン酸化が必要です。ERK2誘導K（ATP）チャネル刺激は、閉じた状態を不安定にするチャネルゲーティングの変化とATPの感度の低下によって説明できます。Kir6.2はK（ATP）チャネルの細孔形成サブユニットであるため、ERK2を介したリン酸化は、異なる組織におけるK（ATP）チャネル調節の共通のメカニズムを表している可能性があります。

ATP-sensitive potassium (K(ATP)) channels play an important role in controlling insulin secretion and vascular tone as well as protecting neurons under metabolic stress. We have previously demonstrated that stimulation of the K(ATP) channel by nitric oxide (NO) requires activation of Ras- and extracellular signal-regulated kinase (ERK) of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family. However, the mechanistic link between ERK and the K(atp) channel remained unknown. To investigate how ERK modulates the function of K(ATP) channels, we performed single-channel recordings in combination with site-directed mutagenesis. The Kir6.2/SUR1 channel, a neuronal K(ATP) channel isoform, was expressed in human embryonic kidney (HEK) 293 cells by transient transfection. Direct application of the activated ERK2 to the cytoplasmic surface of excised, inside-out patches markedly enhanced the single-channel activity of Kir6.2/SUR1 channels. The normalized open probability (NPo) and opening frequency were significantly increased, whereas the mean closed duration was reduced. The single-channel conductance level was not affected. The ERK2-induced stimulation of Kir6.2/SUR1 channels was prevented by heat-inactivation of the enzyme. Furthermore, alanine substitutions of T341 and S385 to disrupt the potential ERK phosphorylation sites present in the Kir6.2 subunit significantly abrogated the stimulatory effects of ERK2, while aspartate substitutions of T341 and S385 to mimic the (negative) charge effect of phosphorylation rendered a small yet significant reduction in the ATP sensitivity of the channel. Taken together, here we report for the first time that ERK2/MAPK activates neuronal-type K(ATP) channels, and this stimulation requires ERK phosphorylation of the Kir6.2 subunit at T341 and S385 residues. The ERK2-induced K(ATP) channel stimulation can be accounted for by changes in channel gating that destabilize the closed states and by reduction in the ATP sensitivity. As Kir6.2 is the pore-forming subunit of K(ATP) channels, ERK2-mediated phosphorylation may represent a common mechanism for K(ATP) channel regulation in different tissues.