mitoKATP是心臟和其他器官細(xì)胞內(nèi)線粒體中的一種鉀離子通道,，而且已知它能夠防止因心臟病或中風(fēng)發(fā)作而產(chǎn)生的組織傷害,。它非常稀有,，因而一些科學(xué)家甚至懷疑它的存在,，而很多其他科學(xué)家放棄尋找它的分子結(jié)構(gòu),。如今,，來(lái)自美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的一個(gè)研究小組確定出這種蛋白的結(jié)構(gòu)組成。更為重要的是,，這種新發(fā)現(xiàn)的離子通道強(qiáng)烈地改善心臟細(xì)胞的存活,，從而表明它發(fā)揮著一種不可或缺的拯救生命的作用。相關(guān)研究結(jié)果于2012年7月17日在線發(fā)表在Circulation Research期刊上,。
在這項(xiàng)研究中,，研究人員成功地闡明和鑒定出mitoKATP。這種離子通道在以下幾方面中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用：心臟能夠保護(hù)自己免受血液流動(dòng)不足而造成的傷害,；加速心臟從心臟病發(fā)作中恢復(fù)過(guò)來(lái),；阻止細(xì)胞死亡和瘢痕組織形成。令人意外的是,，mitoKATP的蛋白結(jié)構(gòu)與另一種位于腎臟內(nèi)數(shù)量更加豐富的和更為人知的鉀離子通道ROMK相匹配,。
鑒于其他科學(xué)家們一直不能在其他已知的心臟鉀離子通道和線體力蛋白中找出mitoKATP，因此約翰霍普金斯大學(xué)研究人員擴(kuò)大搜索新的可能未知的心臟線粒體蛋白,。研究人員將母牛心臟作為研究對(duì)象,，利用質(zhì)譜分析法鑒定出2000萬(wàn)個(gè)特征性的肽片段，這些肽片段共產(chǎn)生900多個(gè)潛在的線粒體蛋白,，然而它們當(dāng)中只有一個(gè)蛋白,，即ROMK，最有可能能夠作為mitoKATP的候選物,。令人驚奇的是,，這種候選物是在腎臟中發(fā)現(xiàn)的一種離子通道，但是之前從沒(méi)有在線粒體中檢測(cè)到過(guò),。
為此,，論文共同第一作者D. Brian Foster博士和Alice S. Ho博士開(kāi)展一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)確定線粒體中的ROMK蛋白版本(mitochondrial version of ROMK, mitoROMK)是否確實(shí)是mitoKATP的一個(gè)關(guān)鍵性組分和是否擁有類似心臟保護(hù)性質(zhì)。利用體外培養(yǎng)的源自心臟中的細(xì)胞,，她證實(shí)ROMK確實(shí)定位到線粒體,。接著，Ho博士通過(guò)監(jiān)控線粒體對(duì)鉈---它的大小和電荷與鉀相類似---的攝取來(lái)進(jìn)行mitoROMK活性檢測(cè),。在mitoROMK缺失的細(xì)胞中,，鉈攝取量下降70%以上。
研究人員還利用一種已知能夠阻斷ROMK的蜂蜜毒素,，即Tertiapin Q,，來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。論文共同作者Keith Garlid博士和他的研究團(tuán)隊(duì)采用一種經(jīng)典的方法來(lái)檢測(cè)mitoKATP,，結(jié)果表明利用Tertiapin Q處理線粒體能夠強(qiáng)烈地抑制鉀離子依賴的線粒體腫脹(mitochondrial swelling),。利用鉈檢測(cè)，他們還發(fā)現(xiàn)這種蜂蜜毒素也抑制mitoKATP活性,。
最后的一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了mitoROMK在細(xì)胞中的保護(hù)性作用：水平增加的mitoROMK導(dǎo)致大鼠心臟細(xì)胞接觸到高水平的叔丁基過(guò)氧化氫(tert-butyl hydroperoxide)之后存活能力增加和產(chǎn)生更加少的傷害,。更者,，mitoROMK缺失的心臟細(xì)胞接受相同處理之后，則產(chǎn)生更高的死亡率,。
論文通訊作者說(shuō),，這項(xiàng)研究有助于破解心臟保護(hù)性的mitoKATP通道的孔結(jié)構(gòu)。人們還需要開(kāi)展更多的研究以便充分地理解在動(dòng)物和人體內(nèi),，mitoROMK在防止心臟病發(fā)作期間產(chǎn)生的細(xì)胞損傷和死亡中所起的作用,。然而，由于mitoROMK在諸如大腦和肝臟之類的器官中也表達(dá),，所以這項(xiàng)研究提供一種新的策略來(lái)開(kāi)發(fā)出靶向線粒體的方法,，同時(shí)也有助于人們開(kāi)發(fā)出更為強(qiáng)效和特異性的藥物來(lái)激活mitoKATP。(生物谷：Bioon.com)
本文編譯自20-year quest ends as scientists pin down structure of elusive, heart-protective protein
doi: 10.1161/CIRCRESAHA.112.266445
PMC:
PMID:
The Mitochondrial ROMK Channel is a Molecular Component of MitoKATP
D. Brian Foster1, Alice S. Ho1, Jasma Rucker1, Anders O. Garlid2, Ling Chen1, Agnieszka Sidor1, Keith D. Garlid2 and Brian O'Rourke
Rationale: Activation of the mitochondrial ATP-sensitive potassium channel (mitoKATP) has been implicated in the mechanism of cardiac ischemic preconditioning, yet its molecular composition is unknown. Objective: To use an unbiased proteomic analysis of the mitochondrial inner membrane to identify the mitochondrial K+ channel underlying mitoKATP. Methods and Results: Mass spectrometric analysis was used to identify KCNJ1(ROMK) in purified bovine heart mitochondrial inner membrane and confirmed that ROMK mRNA is present in neonatal rat ventricular myocytes and adult hearts. ROMK2, a short form of the channel, is shown to contain an N-terminal mitochondrial targeting signal and a full length epitope-tagged ROMK2 colocalizes with mitochondrial ATP synthase β. The high-affinity ROMK toxin, tertiapin Q, inhibits mitoKATP activity in isolated mitochondria and in digitonin-permeabilized cells. Moreover, shRNA-mediated knockdown of ROMK inhibits the ATP-sensitive, diazoxide activated, component of mitochondrial thallium uptake. Finally, the heart-derived cell line, H9C2, is protected from cell death stimuli by stable ROMK2 overexpression, while knockdown of the native ROMK exacerbates cell death. Conclusions: The findings support ROMK as the pore-forming subunit of the cytoprotective mitoKATP channel.
