结构兼容性使Kir2.1通道与电压敏感性磷酸酶的电压感受域能够进行功能性共组装

电压传感结构域（voltage-sensing domains, VSDs）是电压门控K+通道（KV）蛋白的组成部分，属于高度模块化的蛋白组分，其功能在很大程度上独立于离子传导孔道——这一特性已被应用于基因编码电压指示器（genetically encoded voltage indicators, GEVIs）的开发。相反，内向整流K+通道（如Kir2.1）仅具有孔道结构而缺乏VSD。在此，我们证明了这两类独立进化而来的“仅孔道”和“仅VSD”膜蛋白家族之间存在一种出乎意料且具有功能相关性的结构兼容性。 当Kir2.1与ASAP型GEVI共表达时，二者会形成复合物，从而限制VSD的运动，并显著干扰电压依赖性的荧光响应。结合分子建模与靶向诱变，我们鉴定出一个介导这种相互作用的保守疏水界面。GEVI rEstus-NI的VSD中一个单一的大体积取代突变（A79W）可消除Kir2.1的影响，同时保留该GEVI的电压传感性能。 这些发现表明，仅孔道蛋白与仅VSD蛋白能够组装成功能性的类Kv结构，并强调膜蛋白可能发生意想不到的相互作用，从而在生理性电压成像研究中改变实验读出。本研究还提出了一种可能性：在天然生理条件下，原本可独立发挥功能的膜蛋白可能组装成此前未被识别的高阶复合体，并呈现出不同的功能特性。

电压传感结构域（voltage-sensing domains, VSDs）是电压门控K+通道（KV）蛋白的组成部分，属于高度模块化的蛋白组分，其功能在很大程度上独立于离子传导孔道——这一特性已被应用于基因编码电压指示器（genetically encoded voltage indicators, GEVIs）的开发。相反，内向整流K+通道如Kir2.1仅具有孔道结构，不含VSD。在此，我们证明了这两类独立进化而来的、分别仅含孔道和仅含VSD的膜蛋白家族之间存在一种出乎意料且具有功能相关性的结构兼容性。当共同表达时，Kir2.1与ASAP类型GEVI会形成复合物，从而限制VSD运动，并显著干扰电压依赖性荧光响应。分子建模结合靶向突变鉴定出一个介导该相互作用的保守疏水界面。在GEVI rEstus-NI的VSD中引入单个位阻较大的替换突变（A79W）后，可消除Kir2.1的影响，同时保留该GEVI的电压传感性能。这些发现表明，仅含孔道和仅含VSD的蛋白能够组装成功能性的类Kv结构，并强调膜蛋白可能发生出乎意料的相互作用，从而在生理电压成像研究中改变实验读出。该研究还提出一种可能性：在天然生理条件下，能够独立发挥功能的膜蛋白可能组装形成此前未被识别的高阶复合体，并表现出不同的功能特性。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.07.743441v1?rss=1

🏷️ Kir2.1通道 电压感受域 功能性共组装 膜蛋白相互作用 基因编码电压指示器 定点突变