调控剂的电子传递性质对骨骼肌型钙释放通道调控作用的影响

摘要

肌质网(sarcoplasmic reticulum，SR)中的钙释放通道(ryanodine receptor，RyR)是调控胞浆钙离子浓度的重要蛋白。RyR的活性可以被众多因素调节，其中不仅包括氧化还原调控剂，还包括非氧化还原型调控剂，例如咖啡因、普鲁卡因、丁卡因、镁离子等等试剂。由于RyR上富含巯基，它对氧化还原环境十分敏感，这些巯基极易被氧化形成二硫键。
　　 前期研究发现众多巯基氧化剂对RyRl的调控结果类似，例如激发SR囊泡的钙释放、减少RyRl的自由巯基数量等等。而几乎所有的巯基还原剂对RyRl和SR的调控性质相也类似，例如抑制钙释放和增加通道的自由巯基的数量。前期研究还发现，那些不具备明显氧化还原性质的调控剂(如咖啡因、丁卡因等)也能影响RyRl蛋白上自由巯基的数量。本文要研究的问题是，通道调控剂的电子传递性质与它们对通道调控性质之间是否存在对应的关系。
　　 本实验中，我们利用各种氧化还原调控剂(如Na2SeO3、DTT等)和非氧化还原调控剂(如普鲁卡因、咖啡因家族化合物等)对骨骼肌型钙释放通道(RyRl)进行预处理，分别利用CPM荧光标记法、表面增强拉曼光谱法、光子相关光谱法(PCS)和[3H]-ryanodine结合实验，检测调控剂对RyRl上的自由巯基量、巯基和二硫键拉曼信号、蛋白和复合体粒度及分布、以及对通道门控状态的影响，同时利用光漂白法考察其电子传递性质，并与理论计算相比较。
　　 结果发现，所检测的激活剂和巯基氧化剂具有电子受体的性质，它们对通道的作用效果类似，都能减少RyR上的自由巯基量，增强二硫键的信号，使蛋白单体粒度增加，使单体交联的大分子复合物所占比例升高；而抑制剂和巯基还原剂具有电子供体的性质，它们对通道的作用效果与激活剂和巯基氧化剂相反。
　　 这些结果提示我们，通道上的关键巯基是通道门控的核心组成，而调控剂的不同电子传递性质很可能通过影响这些巯基周边电子云的分布，来改变巯基群体的氧化还原状态，从而导致巯基-二硫键状态动态交换将受到干扰，使可检测到的自由巯基数量发生变化。尤其是当那些调节通道门控作用的关键巯基群体受到影响时，RyR蛋白的功能将会发生很大程度的改变。