SUMO修饰调控Kv7.2/Kv7.3钾离子通道蛋白活性引起癫痫猝死的机制研究

Epilepsy is a recurrent chronic brain disease, the mortality rate is much higher in epileptic patients than in healthy population, and sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP) is one of the most common cause of death in patients with epilepsy. Our previous study identified that the hyper-SUMOylation of potassium channel protein Kv7.2/Kv7.3 caused by SENP2 deficiency affects the channel activity, reduced M-current, induced epilepsy and atrioventricular block and SUDEP in SENP2 knockout mice, however, the underlying molecular mechanism is still unclear. This project proposes to use cell lines as well as SENP2 knockout mice to study the mechanisms of SUMOylation on Kv7.2/Kv7.3 to regulate M-current, find out the role of hyper-SUMOylation of Kv7.2/Kv7.3 in vagus nerve during epilepsy and induced atrioventricular block and cardiac arrest, and explore the potential prevention role of atropine or retigabine in SUDEP caused by SENP2 deficiency. This project may reveal the molecular mechanisms of SUMOylation in regulation of Kv7.2/Kv7.3 and M-current, and provide a theoretical basis and potential target site for the clinical treatment of SUDEP.

癫痫是一种反复发作的慢性脑功能失调综合征, 患者死亡率远高于健康人群，其中癫痫猝死是最常见的死因之一。我们前期研究发现在SENP2敲除小鼠中，Kv7.2/Kv7.3钾离子通道蛋白的SUMO修饰增加，引起神经元M电流显著减小，诱发癫痫和心脏房室传导阻滞，最终导致癫痫猝死。但是SUMO修饰调控Kv7.2/Kv7.3通道活性及M电流导致癫痫猝死的具体机制仍不清楚。本课题拟利用细胞和SENP2敲除小鼠模型系统研究SUMO修饰调控Kv7.2/Kv7.3及其介导的M电流的分子机制，分析迷走神经中Kv7.2/Kv7.3通道蛋白的过度SUMO修饰在其介导的房室传导阻滞和心脏停搏中的作用，并探讨阿托品或瑞替加滨长期给药阻止SENP2缺失所致癫痫猝死的可行性。本项目的完成将揭示SUMO修饰异常引起癫痫猝死的重要分子机制，为癫痫猝死疾病的临床治疗提供新的理论基础和潜在的靶向治疗位点。

癫痫是一种反复发作的慢性脑功能失调综合征，死亡率远高于健康人群，其中癫痫猝死是最常见的死因之一。我们前期研究发现在SENP2敲除小鼠中，Kv7.2/Kv7.3的SUMO修饰增加，引起神经元M电流减小，诱发癫痫和房室传导阻滞，最终导致癫痫猝死。但是SUMO修饰调控Kv7.2/Kv7.3的通道活性导致癫痫猝死的具体机制仍不清楚。.我们发现SENP2能够去除Kv7.2/Kv7.3的SUMO修饰，SUMO位点突变型Kv7.2增强其与PIP2的结合。SUMO位点突变型Kv7.2/Kv7.3抑制其与CaM1的结合，同时增强Kv7.2/Kv7.3异四聚体的组装，而Kv7.2/Kv7.3的过度SUMO修饰则抑制异四聚体的组装。SENP2敲除小鼠的大脑和心脏的乙酰胆碱水平显著升高，阿托品或单侧迷走神经切断术显著延长SENP2敲除小鼠的寿命。Kv7通道开启剂瑞加滨通过降低Kv7.2/Kv7.3的SUMO修饰水平，显著延长SENP2敲除小鼠的寿命，进一步研究发现这是由于瑞替加滨增加SUMO激活酶SAE1的转录水平所致。因此本项目发现了Kv7.2/Kv7.3的SUMO修饰在神经元兴奋导致癫痫猝死中的关键作用。我们又深入研究了SUMO修饰对钙离子通道的影响，发现在SENP2敲除细胞和小鼠中，磷脂酶PLCβ4的表达显著降低，导致IP3形成减少和细胞内钙稳态失衡。PLCβ4的稳定性受SUMO依赖的泛素介导的蛋白酶体途径调控，该途径由SUMO E3酶PIAS2α和泛素E3酶RNF4介导。SUMO修饰的 PLCβ4通过Nup205和RanBP2依赖的途径转运到细胞核，并调控核信号。更为重要的是我们发现钙稳态失衡导致SENP2敲除小鼠的神经再生和神经元活性缺陷。最后，我们发现SENP2和PLCβ4受饥饿和氧化应激的诱导，进而维持钙稳态，调节神经再生。.综上所述，本项目揭示了SUMO修饰在PIP2和CAM1调节Kv7.2/Kv7.3通道功能中的机制，在瑞加宾治疗癫痫的过程中，SENP2介导的Kv7.2/Kv7.3的去SUMO修饰是调节Kv7.2/Kv7.3功能的潜在途径。该项目进一步揭示了SENP2在调节PLCβ4过程中的关键作用，以及SENP2-PLCβ4轴在钙稳态调节的神经再生中的作用。本项目揭示了SUMO修饰异常引起癫痫猝死的重要机制，为癫痫猝死疾病的临床治疗提供新的理论基础和潜在的靶向治疗位点。