KV72およびKV73カリウムチャネルサブユニットの電圧センサーの機能獲得変異によって引き起こされる早期発症てんかん脳症

KV7.2（KCNQ2）およびKV7.3（KCNQ3）遺伝子の変異は、ニューロンM電流の根底にある電圧依存性K（+）チャネルサブユニットをコードしており、範囲の早期発症てんかん症状の幅広いスペクトルに関連しています。重度のてんかん性脳症に対する良性の家族性新生児発作。現在の研究の目的は、KV7.2（R144Q、R201C、およびR201C、およびR201H）またはKV7.3（R230C）の電圧センシングドメイン変異によって引き起こされるチャネル機能障害の分子メカニズムを調査することでした。/または知的障害。ヒトKV7.2および/またはKV7.3 cDNAをトランスフェクトした哺乳類細胞の電気生理学的研究により、これらの4つの変異のそれぞれがチャネルの活性化状態を安定させ、それにより機能獲得効果が生じることが明らかになりました。- 以前に発見された変異によって生成された機能効果。多段階構造モデリングにより、KV7.3のR230に対応するKV7.2のR201残基は、隣接する負の帯電した残基との静電的相互作用の複雑なネットワークを形成することにより、静止および近くの電圧センシングドメイン状態を安定化し、結果によっても確認されました。ジスルフィドトラップ実験。海馬CA1領域におけるフィードフォワード阻害微小回路の現実的なモデルを使用して、ミュータントMカレントの実験的に定義されたパラメーターを組み込んだときに錐体ニューロンの興奮性の増加が見つかりました。これらの機能獲得変異によるニューロンの過剰発現性の原因。一緒に、現在の結果は、KV7.2/3電流の機能獲得変異が重度の臨床経過を伴うヒトてんかんを引き起こす可能性があることを示唆しており、したがって、疾患の病原性メカニズムにおける以前は未開拓レベルの複雑さを明らかにしていることを示唆しています。

Mutations in Kv7.2 (KCNQ2) and Kv7.3 (KCNQ3) genes, encoding for voltage-gated K(+) channel subunits underlying the neuronal M-current, have been associated with a wide spectrum of early-onset epileptic disorders ranging from benign familial neonatal seizures to severe epileptic encephalopathies. The aim of the present work has been to investigate the molecular mechanisms of channel dysfunction caused by voltage-sensing domain mutations in Kv7.2 (R144Q, R201C, and R201H) or Kv7.3 (R230C) recently found in patients with epileptic encephalopathies and/or intellectual disability. Electrophysiological studies in mammalian cells transfected with human Kv7.2 and/or Kv7.3 cDNAs revealed that each of these four mutations stabilized the activated state of the channel, thereby producing gain-of-function effects, which are opposite to the loss-of-function effects produced by previously found mutations. Multistate structural modeling revealed that the R201 residue in Kv7.2, corresponding to R230 in Kv7.3, stabilized the resting and nearby voltage-sensing domain states by forming an intricate network of electrostatic interactions with neighboring negatively charged residues, a result also confirmed by disulfide trapping experiments. Using a realistic model of a feedforward inhibitory microcircuit in the hippocampal CA1 region, an increased excitability of pyramidal neurons was found upon incorporation of the experimentally defined parameters for mutant M-current, suggesting that changes in network interactions rather than in intrinsic cell properties may be responsible for the neuronal hyperexcitability by these gain-of-function mutations. Together, the present results suggest that gain-of-function mutations in Kv7.2/3 currents may cause human epilepsy with a severe clinical course, thus revealing a previously unexplored level of complexity in disease pathogenetic mechanisms.