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人源心脏钠离子通道α亚基Na_v1.5是由位于染色体3p21上的SCN5A基因编码。Na_v1.5在心脏动作电位的起始和传导中起重要作用。SCN5A/Na_v1.5突变能够导致多种心律失常疾病发生,包括长QT综合征、Brugada综合征、特发性室性心动过速、室颤、婴儿猝死、病态窦房结综合症和房颤等。许多SCN5A突变导致心律失常的分子机制是SCN5A的功能丧失型突变改变了Na_v1.5的转运过程,导致Na_v1.5在细胞膜表面的表达量下调以及钠电流密度降低,进而导致Brugada综合征,特发性室性心动过速,室颤和病态窦房结综合症等心律失常疾病的产生。然而,对于Na_v1.5蛋白的许多转运过程如折叠、成熟、出内质网、细胞膜表面的靶向运输以及SCN5A突变会降低Na_v1.5向细胞膜表面转运的分子机制知之甚少。因此,深入研究Na_v1.5转运的分子基础及机制有助于从新的角度认识心律失常疾病的发病机制,并且为心律失常疾病的预防和治疗提供新的策略。蛋白质的转运过程是由小GTPases调控的,这些小GTPases蛋白具有序列同源性和几个保守的结构域,包括与GDP和GTP结合的保守氨基酸序列以及和下游效应物结合的区域。SAR1属于小GTPases家族的成员,调控蛋白从内质网输出过程中源于内质网的衣被复合体II小泡(COPII)的形成和组装。SAR1基因包括两个同源基因:SAR1A和SAR1B。SAR1A和SAR1B在氨基酸水平具有89.9%的序列一致性。然而,对于SAR1A和SAR1B在Na_v1.5出内质网转运过程中的作用还没有研究报道,事实上,对Na_v1.5出内质网过程中的关键调控因子的研究也很少。MOG1基因最早是在酿酒酵母中鉴定出的,作为一种抑制因子可以回补酿酒酵母细胞中与Ran有关温度敏感缺陷突变。Ran蛋白在真核细胞的核质运输系统、微管和核组装中起重要作用。我们实验室前期的研究表明:MOG1在Na_v1.5从内质网输出的过程中发挥重要的作用,降低MOG1的表达会引起Na_v1.5在内质网的滞留。然而,对于降低MOG1表达引起Na_v1.5在内质网中滞留的分子机制还不清楚。在该博士论文项目中,我们研究了SAR1 GTPases在Na_v1.5转运过程中的关键作用。在HEK293细胞中高表达SAR1A的负显性突变(T39N和H79G)或SAR1B的负显性突变(T39N和H79G)都显著降低了Na_v1.5在细胞膜表面的表达水平。这表明,SAR1A和SAR1B调控Na_v1.5在细胞膜表面的表达。进一步,我们在HEK/Na_v1.5细胞中发现过表达SAR1A或SAR1B的负显性突变(T39N和H79G)都会显著减小心脏钠离子通道电流密度。同时,我们也在内源性表达Na_v1.5的原代大鼠乳鼠心肌细胞内检测到过表达SAR1A或SAR1B的负显性突变也都会显著减小钠离子通道电流密度。这些结果表明,SAR1A和SAR1B在HEK293和大鼠乳鼠心肌细胞内都对钠离子通道电流密度有调控作用。在确定了过表达外源性SAR1A或SAR1B的负显性突变对钠通道电流密度有影响之后,我们进一步利用siRNA在HEK/Na_v1.5细胞中敲低内源性SAR1A或SAR1B的表达水平,发现单独敲低SAR1A或SAR1B的内源性表达对心脏钠离子通道电流密度没有显著性的影响,但是同时敲低SAR1A和SAR1B的表达水平能够显著地减小心脏钠离子通道电流密度。这些结果表明,外源性或内源性的SAR1A和SAR1B对钠离子通道电流密度具有调控作用。基于以上结果与SAR1调控蛋白出内质网转运过程的功能,而MOG1与Na_v1.5出内质网的转运过程有关,我们假设MOG1调控Na_v1.5转运的过程可能和SAR1有关。为了验证这一假设,我们首先利用生物信息学的方法预测发现SAR1和RAN的三维结构很相似,因此SAR1与MOG1有可能以与RAN和MOG1相类似的方式相互作用。我们通过GST Pull-Down技术和免疫共沉淀技术检测到MOG1与SAR1A或SAR1B之间都存在相互作用。在确定了MOG1和SAR1A/B相互作用后,我们在HEK/Na_v1.5细胞中利用siRNA敲低SAR1A和SAR1B的表达,同时过表达MOG1,检测到MOG1丧失了增大钠通道电流密度的功能,也检测到MOG1丧失了促进Na_v1.5在细胞膜表面的表达的功能。这些数据表明MOG1调控Na_v1.5转运的过程可能与SAR1A和SAR1B有关。本研究首次报道了SAR1A和SAR1B对钠通道Na_v1.5在细胞膜表面的表达和其电流密度具有调控作用。此外,我们也首次确定了MOG1与SAR1A和SAR1B存在相互作用。而且我们也发现了SAR1A和SAR1B与MOG1调控细胞膜表面Na_v1.5表达量和钠电流密度可能有关。这些发现有助于我们从新的角度认识Na_v1.5转运的分子机制,通过进一步解析SAR1和MOG1相互作用调控Na_v1.5转运的分子机制,从而更有效地通过高表达MOG1基因治疗由Na_v1.5转运缺陷引起的心律失常与猝死,如Brugada综合征、特发性室性心动过速、室颤、婴儿猝死和病态窦房结综合症等。