膜磷脂PIP2调控钾离子通道的分子相互作用机制的研究

实验表明，决定生命过程的诸多钾离子通道功能均依赖于细胞膜磷脂PIP2的调控功能，而PIP2与离子通道分子间相互作用机制的深入研究却鲜见报道。在分子水平上探究这一具有共性而又十分重要的微观机制具有着深远的意义。.本课题以KCNQ（电压依赖性）、Kir（非电压依赖性）钾离子通道为研究对象，从实验分析、理论探索、计算模拟三方面并重研究，即将分子生物及电生理实验、非平衡统计及相关理论研究、分子动力学模拟有机结合起来，在分子层次上深入探讨PIP2调控离子通道过程中相互作用力产生、传递的微观机制，力求对揭示复杂系统中的生命过程、阐释相关的物理问题做一些有益的工作。

膜磷脂PIP2直接与通道蛋白相互作用而调节其功能，对于PIP2调控离子通道过程中两者分子相互作用力产生、传递的分子机制的研究则鲜有报道。本课题采用分子动力学模拟、非平衡输运理论与定点突变、电生理实验并重的研究模式，以氢键等弱相互作用分析为中心，在单分子水平分析了膜磷脂PIP2门控钾离子通道过程的微观机制以及调节通道离子选择性、门控特性的分子机制。经过课题组全体成员的积极努力，本课题研究顺利完成项目计划书的研究内容，取得以下阶段性成果：.1. 课题组负责人展永教授主持申报的“离子跨膜输运机制的基础研究”项目获得2012年度河北省自然科学二等奖，展永教授为项目第一完成人。.2. 课题组主要成员安海龙副教授顺利晋升教授，袁常青、刘玉芝获博士学位，曲佳萍、张宝誉获硕士学位。.3. 课题组与美国弗吉尼亚联邦大学Diomedes E. Logothetis教授合作完成了对膜磷脂PIP2门控内向整流钾离子通道Kir2家族过程分子机制的研究工作。我们采用分子模拟和生物学实验并重的研究模式，首次发现诱导Kir2通道胞内GH-loop柔性增加的突变（如V223L、E272G等）同时加快Kir2通道开、关的动力学时程，即GH-loop的柔性是决定Kir2通道门控时程的关键因素。本研究内容已经发表在SCI二区杂志“Journal of Biological Chemistry”杂志2012年287期。.4. 课题组采用同源模建、分子动力学模拟和Targeted MD相结合的研究方法，综合考虑蛋白磷酸化和Kv2.1通道门控构象变化，揭示了Tyr124位点磷酸化对Kv2.1通道门控动力学过程的调节机制。我们的研究结果首次表明Tyr124的蛋白磷酸化的主要作用是改变Kv2.1通道蛋白中关键部位氨基酸的柔性，从而降低通道由关闭向开放状态转换的势垒，即通道更易于开放。.5. 课题组研究了KCNQ通道离子选择性的产生的分子机制，我们的研究结果表明，KCNQ2和KCNQ3形成的杂合体通道，KCNQ2通道对Ｍ通道的离子选择性贡献更大。.6. 课题组系统研究了PIP2对Kir2.1、Kir3.1、Kir6.1等三种Kir通道的调控机制，我们的研究结果揭示了PIP2与通道结合能与Kir通道功能的关系。.7. 在本项目资助下，课题组培养博士研究生4名（毕业2人）、硕士研究生4名（毕业2人）。