来自上海药物所等处的研究人员采用基于荧光的筛选技术,搭建了离子通道活性化合物筛选平台,并从中发现多个活性化合物,比如KCNQ1激动剂六氯酚(Hexachlorophene),相关研究成果公布在PLOS ONE杂志上。
文章的通讯作者分别是上海药物所利民特聘研究员和高召兵博士,第一作者为研究生郑月明。其中利民研究员早年毕业于武汉大学,现为美国约翰霍普金斯大学医学院神经科学系教授,上海药物所客座研究员。利民教授是约翰霍普金斯大学离子通道中心的创始人及主任,同时担任约翰霍普金斯大学高通量生物中心副主任等。
离子通道是生命有机体保持正常功能的基石之一,其介导的生物电信号在心脏跳动、激素分泌、信号传导及认知记忆等所有生命过程中均起着关键作用。离子通道在基因水平的突变可导致包括神经系统、心血管系统和内分泌系统疾病在内的多种疾病,因此是最重要的药物靶点之一,同时也是药物安全性评价的指标之一。离子通道功能检测依赖于对其介导的微小电流的测量,因技术手段的限制,化合物筛选通量较低成为离子通道药物发现的瓶颈和关键步骤。
KCNQ通道是电压门控钾通道的第七个家族,共有五个亚型,其中KCNQ1主要分布在心脏,其基因突变可导致严重心律失常;KCNQ2和KCNQ3在神经系统兴奋性调节中起着重要作用,是癫痫和疼痛等与神经兴奋性升高相关疾病的药物靶点。
在这篇文章中,研究人员采用基于荧光的筛选技术,针对KCNQ通道进行药物筛选,从成药库中发现多个活性化合物,比如KCNQ1激动剂六氯酚(Hexachlorophene,HCP)。六氯酚是局部抗炎处方药pHisoHex的主要活性成分,其对钾离子通道的调节作用为首次报道。
研究人员证明HCP能提高KCNQ1/KCNE1电流,并且通过进一步心肌细胞研究,发现HCP能极大的缩短动作电位时程。而且HCP还能恢复长QT综合征(LQTs)突变的功能。由此研究人员认为HCP是一种新型KCNQ1/KCNE1活化剂,未来也许能用于治疗LQTs等方面的疾病。
长QT综合征在人群中的发病率为1/2500,是遗传缺陷的离子通道功能异常的电疾病,主要特征为心电图显示QT间期延长,常伴恶性室性心律失常(室性心动过速通常为尖端扭转型室速,心室颤动)、晕厥发作或心源性猝死。
近期离子通道研究中,来自加州大学旧金山分校的研究人员利用TMEM16F敲除小鼠模型,发现了细胞质膜上出现磷脂紊乱的一种新机制,磷脂紊乱是血小板凝固过程中血小板激活的一个关键前步骤。
研究人员构建了一个TMEM16F敲除小鼠,此种小鼠存在出血缺陷,在钙离子依赖性磷脂酰丝氨酸存在的情况下会出现血小板缺乏症,在血小板前体巨核细胞中会缺乏钙离子激活的阳离子电流。同时研究人员也发现TMEM16F异源表达会产生一个小电导钙离子激活非选择性阳离子(small-conductance Ca2+-activated nonselective cation ,SCAN)电流,此电流产生sp单通道电导,而不是CaCC(钙离子激活氯离子通道)。
TMEM16F-SCAN 通道能通过单价和二价阳离子,包括钙离子,并且具有钙离子和电压的协同门控能力。研究人员进一步分析还发现假设孔区域中的一个残基对于TMEM16F-SCAN和TMEM16A-CACC通道中阳离子和阴离子选择性至关重要。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1371/journal.pone.0051820
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Hexachlorophene Is a Potent KCNQ1/KCNE1 Potassium Channel Activator Which Rescues LQTs Mutants
Yueming Zheng, Xuejing Zhu, Pingzheng Zhou, Xi Lan, Haiyan Xu, Min Li mail, Zhaobing Gao mail
The voltage-gated KCNQ1 potassium channel is expressed in cardiac tissues, and coassembly of KCNQ1 with an auxiliary KCNE1 subunit mediates a slowly activating current that accelerates the repolarization of action potential in cardiomyocytes. Mutations of KCNQ1 genes that result in reduction or loss of channel activity cause prolongation of repolarization during action potential, thereby causing long QT syndrome (LQTs). Small molecule activators of KCNQ1/KCNE1 are useful both for understanding the mechanism of the complex activity and for developing therapeutics for LQTs. In this study we report that hexachlorophene (HCP), the active component of the topical anti-infective prescription drug pHisoHex, is a KCNQ1/KCNE1 activator. HCP potently increases the current amplitude of KCNQ1/KCNE1 expressed by stabilizing the channel in an open state with an EC50 of 4.61±1.29 μM. Further studies in cardiomyocytes showed that HCP significantly shortens the action potential duration at 1 μM. In addition, HCP is capable of rescuing the loss of function of the LQTs mutants caused by either impaired activation gating or phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) binding affinity. Our results indicate HCP is a novel KCNQ1/KCNE1 activator and may be a useful tool compound for the development of LQTs therapeutics.