生物通报道：来自兰州大学，中科院神经科学研究所，上海交通大学医学院的研究人员发表了题为“Highly Conserved Salt Bridge Stabilizes Rigid Signal Patch at Extracellular Loop Critical for Surface Expression of Acid-sensing Ion Channels”的文章，首次证明了ASICs酸敏感离子通道正常作用需要两个条件，这将有助于评估如何阻止与组织酸中毒，以及ASIC活性有关的过度兴奋和神经损伤，并提出了新的治疗方向。相关成果公布在JBC杂志上。

文章的通讯作者之一是神经所，上海交大医学院的徐天乐教授，徐教授早年毕业于第四军医大学，1998年入选中科院“****”，2001年获国家杰出青年基金。除此之外，在刚刚公布的2011年****名单中，也榜上有名。

ASICs酸敏感离子通道(ASICs)是一类胞外质子激活的阳离子通道，在神经系统中分布广泛并具有多种生理病理功能，如参与触觉、味觉、视觉、痛觉、突触可塑性、学习记忆、脑缺血和癫痫等等。此类离子通道与非选择性阳离子通道都能由细胞外酸中毒激发，参与多种生理和病理条件下的调控。

因此对于这些离子通道的解析，比如ASICsC细胞表达表达机制，是更好的理解细胞在酸中毒情况下作用机理的关键所在。在这篇文章中，研究人员分析了大鼠ASIC3，以及人类ASIC1a离子通道外循环中，高保守盐桥（salt bridge）扮演的角色。

通过综合突变以及电生理检测，研究人员发现这种盐桥对于pH感应非依赖性模式中，ASICs的功能表达是必需的，除此之外，研究人员还进行了细胞外抗原表面生物素，和免疫标记分析，发现盐桥的突变，甚至只是一些小的变化都会造成ASICsC细胞表面表达的损伤。

研究人员又通过进一步分析，指出盐桥的高稳定性和结构限制，能分离邻近的一个结构刚性信号，这对于可变门控的表面表达十分重要。

因此这项研究首次证明了正常的ASICsC表面表达的外循环，需要一个稳定盐桥，以及一个暴露出来的刚性信号。这些发现将有助于评估如何阻止与组织酸中毒，以及ASIC活性有关的过度兴奋和神经损伤，并提出了新的治疗方向。

徐教授研究组主要从事神经细胞信号调控，关键细胞因子受体，膜离子通道及受体机制等方面的研究，在酸敏感离子通道ASIC1研究方面也取得了不少成果，比如曾发表文章，解析了ASIC1门控机制的分子动力学基础。研究结果提示计算与实验的精巧结合，是研究其它通道家族亚型门控机理的有效途径。

研究人员利用计算生物学的方法在原子尺度模拟了ASIC1的动力学行为，发现了ASIC1结构域、子结构域之间存在的一组协同运动与通道门控功能密切相关。计算结果提示，ASIC1的胞外结构域的内在旋转以及由质子结合所引起的‘手指’和‘拇指’子结构域间的协同运动会联合驱动由胞外区传递至跨膜区（通道孔区）的变构，从而导致通道产生“扭曲打开(Twist-to-open)”的运动。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Highly Conserved Salt Bridge Stabilizes Rigid Signal Patch at Extracellular Loop Critical for Surface Expression of Acid-sensing Ion Channels

Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-selective cation channels activated by extracellular acidosis associated with many physiological and pathological conditions. A detailed understanding of the mechanisms that govern cell surface expression of ASICs, therefore, is critical for better understanding of the cell signaling under acidosis conditions. In this study, we examined the role of a highly conserved salt bridge residing at the extracellular loop of rat ASIC3 (Asp107-Arg153) and human ASIC1a (Asp107-Arg160) channels. Comprehensive mutagenesis and electrophysiological recordings revealed that the salt bridge is essential for functional expression of ASICs in a pH sensing-independent manner. Surface biotinylation and immunolabeling of an extracellular epitope indicated that mutations, including even minor alterations, at the salt bridge impaired cell surface expression of ASICs. Molecular dynamics simulations, normal mode analysis, and further mutagenesis studies suggested a high stability and structural constrain of the salt bridge, which serves to separate an adjacent structurally rigid signal patch, important for surface expression, from a flexible gating domain. Thus, we provide the first evidence of structural requirement that involves a stabilizing salt bridge and an exposed rigid signal patch at the destined extracellular loop for normal surface expression of ASICs. These findings will allow evaluation of new strategies aimed at preventing excessive excitability and neuronal injury associated with tissue acidosis and ASIC activation.
 

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