热敏感TRPV3通道门控调节研究

Thermal TRPV3 channels is one of the transient receptor potential (TRP) superfamily, shares the common property of polymodal gating as many other TRP channels.TRPV3 channel is highly expressed in skin keratinnocytes and in a variety of neural cells, and has been implicated in pain and thermo-sensation and as well as being a molecular target of some allergens and skin sensitizers.This channel displays a unique property that repeated stimulation results in gradual increases of its activity, a process that is known as sensitization and is observed in both native cells and cell lines. The opening and closing of the channel gate, called gating, are the most fundmental property of ion channels, which can be controlled by various different means. Dysfunction of ion channels can cause a variety of diseases. Together with the methods of patch-clamp recordings and genetic mutation techniques and the structural information, we are aiming to investigate (1) how acid pH potentiates the activities of TRPV3 channels, and (2) the mechanisms and structural determinants underlying the sensitization process, and (3) to screen the regulatory compounds for effect on the activities of the channel and to identify the interaction/recognition sites between them as well. Taken together, our research aims to define pathways that control and regulate the activities of TRPV3 channels. TRPV3 channel is critique for various physilogical processes, therefore our study will not only have a scientific significance and also will shed light on the clinic therapies and drug developments.

热敏TRPV3通道属瞬时受体势通道家族中的一员，在角化细胞、三叉神经节和大脑等组织中有大量表达。温度和一些化学性刺激均可引起通道开放。TRPV3通道具有敏化特征，通道电流在重复刺激下会在一定范围内逐渐增大。通道的门控性是离子通道最重要的基本性质之一，也是离子通道研究的核心内容。本研究拟综合应用膜片钳和分子遗传学等方法，从三方面对TRPV3通道的门控调节进行研究：（1）了解酸性pH对TRPV3通道电流的增强作用并探明H+在通道蛋白上的作用位点；（2）确定影响TRPV3通道电流敏感化过程的关键氨基酸；（3）探明BAPTA和其结构类似物以及二氧杂环己烷等化合物分子对TRPV3通道电流的调节作用，及其在通道蛋白上的作用位点。由于TRPV3通道与热感知、疼痛传导、瘙痒和毛发生长等生理、病理过程密切相关，故该课题的研究结果不仅有一定的科学理论意义，同时对疼痛、炎症等疾病的认识及药物开发也具有重要价值。

研究背景：离子通道参与各种生物机理和功能的调节，在生理过程中发挥着重要作用。热敏TRPV3通道在角化细胞和大脑等组织中大量表达。基因敲除TRPV3的小鼠丧失对温暖及高温的响应, 而人类TRPV3基因发生功能增强型突变则会导致一种罕见的遗传性皮肤病。表达在感觉神经末稍的TRP通道在热感应和疼痛传导中起重要作用。与从事医学遗传学的科研团队合作，我们前期发现了两个常染色体显性遗传的家族性发作性疼痛家系，是否是由于TRP通道的基因功能异常而导致了相关疾病的发生？饮酒现象在我国非常普遍，人们现在知道饮酒能成瘾，并导致中毒性脑病、酒精性肝病，但对于酒精对心脏的毒性作用却知之甚少。心肌细胞膜上的离子通道正常活性是形成和维持心肌细胞动作电位的基础，因此，探讨酒精是否会通过作用于心肌细胞膜上的离子通道而损害心脏的功能也是一个非常重要的科学问题。..主要研究内容：在前期预实验结果的基础上，本研究旨在：1）阐明酸性pH、1,4-Dioxane及其结构类似物对TRPV3通道电流的调节作用及相关作用机制；2）探讨导致家族性阵发性疼痛的致病基因及相关致病机理；3）确定酒精等一类烷醇对在心肌细胞动作电位复极过程中起重要作用的一类钾离子通道的调节作用。..重要结果：在本项自然科学基金的资助下，我们取得了如下结果：（1）成功揭示是由于SCN11A基因上的两个获得功能性错义突变导致了家族性发作性疼痛的发生；（2）完成了酸性pH对TRPV3通道的调节作用研究，揭示了H+从细胞膜内侧激活TRPV3通道的分子机制，同时阐明了H+还可以通过引起通道激动剂的化学构型变化而提高药物效力，为药物设计提供了新思路；（3）完成了包括日化用品中的副产物1,4-Dioxane等一类化合物通过直接激活或敏化TRPV1通道而诱发伤害性疼痛的研究；（4）完成了包括酒精在内的一类烷醇对在心脏里有丰富表达的KCNQ1/KCNE1通道复合物的抑制作用研究；（5）从东亚钳蝎中克隆得到了一个新型的且具有敏化特性的TRP通道，并对通道功能进行了鉴定。..关键数据及其科学意义：H+和1,4-Dioxane等对热敏TRPV3通道电流的调节作用及作用机理的阐明，丰富了对TRPV3通道功能的调节手段，并为相关药物设计提供了借鉴与新思路；而疼痛致病基因SCN11A的成功克隆，则不仅拓宽疼痛的致病基因谱，还为进一步研发治疗疼痛的药物提供了理论基础。