ニューロン電圧依存性カリウムチャネルでのヘム結合ドメインの発見

電圧依存性K+チャネルのEAG（Ether-A-Go-Go）ファミリーは、神経および心臓活動の潜在的発火（興奮性）の重要な調節因子であり、てんかん、統合失調症、癌、突然の心臓死亡などのヒト疾患において主要な役割を果たしています。。EAG（KV10-12）チャネルの定義的な機能は、n末端の高度に保存されたドメインであり、EAGドメインとして知られています。ドメイン）。PASおよびCAPドメインは、両方ともEAGチャネルの正常な機能に不可欠です。原発性皮質ニューロンからの溶解物のヘム親和性プルダウンアッセイとプロテオミクスを使用して、EAGチャンネルのHERG3（KV11.3）がヘムに結合することを特定しました。全細胞の電気生理学実験では、ヘムがHERG3チャネル活性を阻害することを確認しました。さらに、大腸菌でHERG3のCAPとPASドメインを発現し、分光法と速度論を使用して、PASドメインをヘム結合の位置として特定しました。結果は、HEMEをHERG3チャネル活動のレギュレーターとして特定しています。これらの観察結果は、細胞におけるイオンチャネル活性の調節因子としてのヘムの新たな役割の文脈で議論されています。

The EAG (ether-à-go-go) family of voltage-gated K+ channels are important regulators of neuronal and cardiac action potential firing (excitability) and have major roles in human diseases such as epilepsy, schizophrenia, cancer, and sudden cardiac death. A defining feature of EAG (Kv10-12) channels is a highly conserved domain on the N terminus, known as the eag domain, consisting of a Per-ARNT-Sim (PAS) domain capped by a short sequence containing an amphipathic helix (Cap domain). The PAS and Cap domains are both vital for the normal function of EAG channels. Using heme-affinity pulldown assays and proteomics of lysates from primary cortical neurons, we identified that an EAG channel, hERG3 (Kv11.3), binds to heme. In whole-cell electrophysiology experiments, we identified that heme inhibits hERG3 channel activity. In addition, we expressed the Cap and PAS domain of hERG3 in Escherichia coli and, using spectroscopy and kinetics, identified the PAS domain as the location for heme binding. The results identify heme as a regulator of hERG3 channel activity. These observations are discussed in the context of the emerging role for heme as a regulator of ion channel activity in cells.