酸敏感离子通道膜转运新机制研究

Acid-sensing ion channel (ASIC) are membrane receptors that sense the extracellular pH fluctuation and conduct cation influx. This channel family is widely expressed throughout the whole neuronal system and involved in many physiological and pathological conditions, such as fear conditioning, nociception and ischemia. Our previous studies showed that the membrane insertion and endocytosis process of ASIC1a——the key subunit which mediates sodium and calcium influx——play important roles in central sensitization of inflammatory pain and acid-induced neuronal death, respectively (J Neurosci, 2012; 2013), suggesting that the surface level of ASIC1a is under precise control and may contribute to different neuronal activities. Combining various approaches in different levels, we attempt to map the secretary and recycling pathway of ASIC trafficking and mechanisms underlying these processes from the perspectives of phospholipid interaction, sorting, quality control step and activity-dependent regulation, and further characterize the function of surface ASIC1a in neuronal development. This study will provide more insight into the molecular mechanism underlying the ASIC1a trafficking and help us identify the target for controlling the surface level of ASIC1a, which may be useful to block the progression of important diseases like ischemia and pain.

酸敏感离子通道(acid-sensing ion channel, ASIC)是神经系统中一类灵敏感受胞外pH值变化，介导阳离子内流的膜受体，近年来被证明广泛参与恐惧记忆、炎性痛和脑缺血等重要生理病理过程。申请人之前的研究工作阐述了钙通透性的ASIC1a亚基上膜和内吞过程的信号通路，及其在痛觉中枢敏化与神经元酸中毒中的贡献(J Neurosci, 2012; 2013)，提示ASIC1a通道的膜表达水平持续受到精细的调控，并具有重要的生理病理意义。本项目力图综合运用多层次研究手段，从膜磷脂互作环境、胞内分选途径、生理活性依赖的调控、神经元发育等多个新的角度入手，全面研究ASIC1a膜转运的内在分子机制，以及ASIC1a膜表达水平在神经发育中的作用。本项目的开展有助于揭示ASIC1a通道膜转运与表达的质控步骤与相关靶点，并为进一步操控通道功能，干预缺血损伤和痛觉等病理过程的发生发展提供线索。

酸敏感离子通道(acid-sensing ion channel, ASIC)是神经系统中一类灵敏感受胞外pH值变化，介导阳离子内流的膜受体，近年来被证明广泛参与恐惧记忆、炎性痛和脑缺血等重要生理病理过程，但领域内对ASIC所处的脂膜环境和上膜质控步骤仍缺乏了解。申请人之前的研究工作阐述了钙通透性的ASIC1a亚基上膜和内吞过程的信号通路，及其在痛觉中枢敏化与神经元酸中毒中的贡献(J Neurosci, 2012; 2013)，提示ASIC1a通道的膜表达水平持续受到精细的调控，并具有重要的生理病理意义。在本项目的开展过程中，我们按计划综合运用生物化学与分子遗传学、细胞生物学、电生理技术等多层次的体内外研究手段及转基因动物资源，从ASIC亚基与细胞膜脂质，特别是神经突触微环境内的蛋白-脂质相互作用入手，研究了ASIC1a在神经突触内的功能和调控。生化试验结果表明ASIC1a胞内段羧基链与两类结构近似的酸性膜磷脂之间存在直接的相互作用，而细胞学实验显示ASIC1a与酸性膜磷脂在胞内的一些特定细胞器和伪足区域，以及神经元的兴奋性突触后区域存在富集现象。敲低脂质合成酶的表达降低胞内磷脂含量，会导致ASIC1a膜表达的显著降低，表明膜磷脂与ASIC1a之间存在着功能偶联。进一步研究显示ASIC1a胞内段羧基链上的两个正电荷残基贡献了这一相互作用，突变这两个残基即导致ASIC1a羧基端与酸性膜磷脂之间的相互作用完全消失，并重现了ASIC1a膜表达受损和功能降低的表型。此外，在项目开展过程中我们也筛选了与多种ASIC亚基之间存在相互作用的膜脂质，ASIC1a的胞内信号分选和转运途径，开发了一系列标记和研究ASIC1a的分子工具以及转基因工具鼠，为后续研究打下良好的基础。本项目集中研究了ASIC1a亚基与膜磷脂之间的相互作用，共定位关系和功能偶联，并基于所鉴定出的互作位点建立了特异性的干预手段，进而研究这一蛋白-磷脂间相互作用贡献神经发育和神经活动的具体机制；同时，本项目的发现也揭示了ASIC1a通道膜转运与表达的质控步骤和相关靶点，并为进一步调控通道功能，干预缺血损伤和痛觉等病理过程的发生发展提供了线索。