KCNQ1

Aleli gena **KCQN**, koji se kod ljudi nalazi na hromnosomu 11, kodiraju članove porodice Kv7 kalijevih kanala. To uključuje Kv7.1 (**KCNQ1**) - KvLQT1, Kv7.2 (KCNQ2), Kv7.3 (KCNQ3), Kv7.4 (KCNQ4) i  Kv7.5 (KCNQ5). Četverica od njih (KCNQ2-5)  eksprimiraju se u nervnom sistemu. Oni sačinjavaju grupu niskopragovnih naponskih K+ kanala koji su prvobitno nazvani 'M-kanal' (pogledajte M-struja). Naziv M-kanala dolazi od klasično opisanog mehanizma u kojem je aktivacija muskarinskog acetilholinskog receptora deaktivirala ovaj kanal.
 
Kalijski kanali predstavljaju najkompleksniju klasu naponsko vođenih ionskih kanala i sa funkcionalnog i sa strukturnog stanovišta. Prisutni u svim eukariotskim ćelijama, njihove različite funkcije uključuju održavanje membranskog potencijala, regulaciju volumena ćelije i modulaciju električne ekscitabilnosti u neuronima. Odgođena ispravljačka funkcija kalijskih kanala omogućava nervnim ćelijama da se efikasno repolarizuju nakon akcijskog potencijala. Kod  roda *Drosophila*, identificirana su 4 gena K+ kanala povezana sa sekvencom - Shaker, Shaw, Shab i Shal. Pokazalo se da svaki ima ljudskog homologa (Chandy et al., 1990; McPherson et al., 1991).
 
## Aminokiselinska sekvenca
Dužina polipeptidnog lanca je  676 aminokiselina, a molekulska težina  74.699 Da.
 

1020304050
MAAASSPPRAERKRWGWGRLPGARRGSAGLAKKCPFSLELAEGGPAGGAL
YAPIAPGAPGPAPPASPAAPAAPPVASDLGPRPPVSLDPRVSIYSTRRPV
LARTHVQGRVYNFLERPTGWKCFVYHFAVFLIVLVCLIFSVLSTIEQYAA
LATGTLFWMEIVLVVFFGTEYVVRLWSAGCRSKYVGLWGRLRFARKPISI
IDLIVVVASMVVLCVGSKGQVFATSAIRGIRFLQILRMLHVDRQGGTWRL
LGSVVFIHRQELITTLYIGFLGLIFSSYFVYLAEKDAVNESGRVEFGSYA
DALWWGVVTVTTIGYGDKVPQTWVGKTIASCFSVFAISFFALPAGILGSG
FALKVQQKQRQKHFNRQIPAAASLIQTAWRCYAAENPDSSTWKIYIRKAP
RSHTLLSPSPKPKKSVVVKKKKFKLDKDNGVTPGEKMLTVPHITCDPPEE
RRLDHFSVDGYDSSVRKSPTLLEVSMPHFMRTNSFAEDLDLEGETLLTPI
THISQLREHHRATIKVIRRMQYFVAKKKFQQARKPYDVRDVIEQYSQGHL
NLMVRIKELQRRLDQSIGKPSLFISVSEKSKDRGSNTIGARLNRVEDKVT
QLDQRLALITDMLHQLLSLHGGSTPGSGGPPREGGAHITQPCGSGGSVDP
ELFLPSNTLPTYEQLTVPRRGPDEGS

## Kloniranje i ekspresija
Koristeći metode pozicionog kloniranja, Wang et al. (1996) identificirali su gen, koji su nazvali KVLQT1, unutar kritične regije za lokus dugog QT sindroma-1 (LQT1; 192500) na hromozomu 11. KVLQT1 je snažno eksprimiran u srcu i kodira protein sa strukturnim karakteristikama napona. zatvoren kalijumski kanal. Najduži otvoreni okvir čitanja KVLQT1 cDNK obuhvata 1.645 bp.
 
Sanguinetti et al. (1996) identifikovali su naizgled ljudski cDNK klon pune dužine za KVLQT1. Ovaj klon je predvideo protein od 581 aminokiseline. Northern blot analiza otkrila je jednu iRNK od 3,2 kb u ljudskom pankreasu, srcu, bubrezima, plućima i placenti. Nijedna poruka nije otkrivena u mozgu,  jetri ili skeletnim mišićima.
 
Yang et al. (1997) opisali su kloniranje KVLQT1 cDNK pune dužine koja kodira polipeptid od 676 aminokiselina sa strukturnim karakteristikama sličnim naponskim kalijskim kanalima.
Barhanin et al. (1996) klonirali su KVLQT1 cDNK pune dužine iz biblioteke srca miša. Njegova sekvenca je otkrila otvoreni okvir čitanja koji kodira polipeptid od 604 aminokiseline koji dijeli 90,5% identiteta s djelimičnom sekvencom ljudskog KVLQT1. Analiza hidrofobnosti je predvidjela klasičnu topologiju kalijevog kanala zavisnu od napona sa 6 transmembranskih segmenata (šekerovog tipa) i dugim jedinstvenim C-terminalnim  citoplazmatskim domenom.

## Genska struktura
Analizom genomske sekvence, Splawski et al. (1998) su otkrili da gen KCNQ1 sadrži 16 egzona i da se prostire na 400 kb. Veličine egzona kreću se od 47 do 1.122 bp. Neyroud et al. (1999) detaljno su  opisali genomsku strukturu KCNQ1. Utvrdili su da gen sadrži 19 egzona i da se prostire na više od 400 kb. Autori su predstavili sekvence granica egzon-intron i oligonukleotidnih prajmera dizajniranih da omoguće PCR amplifikaciju svih egzona iz genomske DNK.

## Mapiranje
Metodima pozicionog kloniranja, Wang et al. (1996) identifikovali su gen KVLQT1 unutar kritičnog regiona za sindrom dugog QT na hromosomskom segmentu 11p15. Sanguinetti et al. (1996) su pokazali da je fragment KVLQT1 cDNK mapiran na kratki krak hromozoma 11. Neyroud et al. (1999) su mapirali gen KCNQ1 na 11p15.5.

## Funkcija
Kako bi definirali funkciju KVLQT1 gena, Sanguinetti et al. (1996) transficirali su KVLQT1 cDNK u ćelije jajnika kineskog hrčka (CHO). Biofizička svojstva transficiranog KVLQT1 klona cDNK nisu bila poput onih drugih poznatih srčanih kalijevih kanala. Kroz studije kotransfekcije, oni su pokazali da se KVLQT1 i ISK (KCNE1; 176261) spajaju kako bi formirali srčani I(Ks) kanal. Oni su primijetili da 2 kalijeva kanala sa odloženim ispravljačem, I(Kr) i I(Ks), moduliraju trajanje akcijskog potencijala u srčanim miocitima i da disfunkcija oba kanala doprinosi riziku od iznenadne smrti od srčane aritmije.
Barhanin et al. (1996) su eksprimirali KVLQT1 u COS ćelijama i izvršili elektrofiziološkestudije. Pokazali su da KVLQT1 kodira podjedinicu koja formira srčani ionski kanal koji leži u osnovi I(Ks) srčane struje. Oni su, međutim, primijetili da je potrebna dodatna podjedinica, ISK, za formiranje I(Ks) kanala. Barhanin et al. (1996) su primijetili da su I(Kr) i I(Ks) struje mete antiaritmijskih lijekova i da imaju važan uticaj u kontroli procesa komorske repolarizacije. Pretpostavili su da bi molekulska identifikacija I(Ks) kanala trebala pomoći u dizajnu novih antiaritmijskih lijekova.
Ekspresija KVLQT1 u oocitima roda *Xenopus* i ljudskim embrionskim ćelijama bubrega prema Yang et al. (1997) izazvao je brzo aktivirajuću, K(+)-selektivnu izlaznu struju. Otkrili su da klofilij, antiaritmijsko sredstvo III klase sa sklonošću izazivanju *torsada de pointes*, značajno inhibira struju. Povišenje nivoa cAMP u oocitima skoro je udvostručilo amplitudu KVLQT1 struja.

Marx et al. (2002) pokazali su da modulacija beta-nadbubrežnog receptora spore izlazne ionske struje kalija (I-KS) zahtijeva ciljanje cAMP-ovisne protein-kinaze A i protein fosfataza 1 (PP1; na KCNQ1 kroz ciljanje protein yotiao (604001). Yotiao se vezuje za KCNQ1 motivom leucinskog patent zatvarača, koji je poremećen LQTS mutacijom (KCNQ1-G589D). Identifikacija makromolekulskog kompleksa KCNQ1 pruža mehanizam za modulaciju trajanja srčanog akciijskog potencijala simpatičkog nervnog sistema kroz I-KS.
Melman et al. (2004) su pokazali da višestruki segmenti KCNQ1, uključujući pore i C-kraj, vezuju pomoćne proteine KCNE1 i KCNE3. Pokazali su da su sva KCNE-vezujuća mjesta KCNQ1 potrebna za pravilnu regulaciju od strane pomoćne podjedinice.

Da bi se razriješila kontroverza o glasnicima koji regulišu KCNQ ionske kanale tokom supresije struje posredovane fosfolipaziom C, Suh et al. (2006) dizajnirali su translokabilne enzime koji su brzo promijenili fosfoinozitidni sastav plazmamembrana nakon primjene hemijskog znaka. KCNQ struja je brzo pala na nulu kada je fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfat bio iscrpljen bez promjene iona kalcija, diacilglicerola ili inozitol 1,4,5-trifosfata. Struja je porasla za 30% kada je fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfat bio prekomjerno proizveden i nije se promijenio kada je fosfatidilinozitol 3,4,5-trisfosfat povećan. Stoga su  zaključili da je iscrpljivanje fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfata dovoljno za potpuno potiskivanje struje, a drugi sekundarni glasnici nisu potrebni. Nadalje, njihov razvoj ovih novih spojeva omogućio je dodatno proučavanje bioloških signalnih mreža koje uključuju membranske fosfoinozitide.

Roepke et al. (2009) su pokazali da su i KCNQ1 i KCNE2 (603796) eksprimirani i djelomično kolokalizirani u štitnjačima ljudi i miša s bazolateralno lociranim Na(+)/I(-) simporterom (NIS) koji posreduje aktivni I(-) transport, prvi korak u biosintezi tiroidnih hormona. Koristeći ćelijsku liniju FRTL5 izvedenu iz štitne žlijezde pacova, autori su otkrili endogenu ekspresiju KCNQ1 i KCNE2 proteina koja je bila pojačana hormonom koji stimulira štitnjaču (TSH; vidjeti 188540) ili njegovim glavnim efektorom cAMP u frakciji ćelijske membrane. Autori su identifikovali TSH stimulisanu K(+) struju u ćelijama FRTL5 koja je imala karakterističan linearni odnos struja-napon KCNQ1-KCNE2 kanala i bila je inhibirana antagonistom specifičnim za KCNQ1. Kcne2 -/- štenci koji su dojili od Kcne2 -/- brana su imali 87% smanjenje akumulacije I(-) štitne žlijezde u poređenju sa štenadima divljeg tipa. Roepke et al. (2009) su zaključili da podjedinice kalijumovih kanala KCNQ1 i KCNE2 formiraju TSH stimulisan konstitutivno aktivni tireocitni K(+) kanal koji je neophodan za normalnu biosintezu hormona štitnjače.
Osteen et al. (2010) su otkrili da koekspresija KCNE1 sa KCNQ1 u oocitima Xenopus razdvaja naponsku zavisnost otvaranja i pomeranja kalijumovih kanala KCNQ1/KCNE1, što sugeriše nametnuti zahtev za kretanjem više senzora napona pre otvaranja kanala. Više odvojenih pokreta senzora napona nije bilo potrebno da se aktivira samo KCNQ1. Rezultati su pokazali da KCNE1 modulira KCNQ1 kako bi usporio aktivaciju kanala KCNQ1/KCNE1 mijenjanjem pokreta senzora napona neophodnih za otvaranje kanala.

## Molekulska genetika
### Sindrom dugog QT intervala 1
Odstupanja u brojevima kodona alelnih varijanti postoje zbog promjena u informacijama o sekvenci KCNQ1. Yang et al. (1997) su pokazali da KCNQ1 cDNK pune dužine kodira 676 aminokiselina. Tako je, na primjer, mutacija A341V (OMIMː 607542.0010), jedan od najčešćih uzroka sindroma dugog QT tipa 1 (OMIM-192500), označena kao A212V od strane Wang et al. (1996) i A246V od Li et al. (1998).

Wang et al. (1996) pronašli su KVLQT1 mutacije u pogođenim članovima 16 porodica sa sindromom dugog QT-1, uključujući 1 intragensku deleciju (OMIM:607542.0001) i 10 različitih misens mutacija (607542.0002-607542.0011).
Shalaby et al. (1997) koristili su mutagenezu usmjerenu na mjesto za stvaranje 3 mutantne ljudske KVLQT1 cDNK, što je ekvivalentno mutacijama koje su prethodno opisali Wang et al. (1996). Odgovarajući mutantni KVLQT1 proteini su koeksprimirani u oocitima žaba *Xenopus* sa divljim tipom KvLQT1 i minK (176261) proteinima. Kanalske struje proučavane su tehnikom naponske kleme. Shalaby et al. (1997) pokazali su da mutacije u navodnoj citoplazmatskoj petlji i sekvenci potpisa pora ukidaju aktivnost KvLQT1 kada se eksprimiraju pojedinačno. Mutacija u transmembranskoj regiji značajno je smanjila aktivnost KvLQT1. Kada se koekspresira sa divljim KVLQT1 proteinom sa ili bez minK proteina, svaki mutant je imao dominantno negativan efekat na struju divljeg tipa KVLQT1. Zaključili su da bi kod pacijenata koji nose takve mutantne alele, smanjenje repolarizirajuće I(ks) struje rezultiralo produženjem srčanog akcijskog potencijala i predispozicijom za srčane aritmije.

Russell et al. (1996) koristili su SSCP analizu za skrining 2 velike i 9 malih LQT porodica na mutacije KVLQT1 gena kalijevog kanala. Identificirali su novu misens mutaciju u 2 nepovezane porodice: supstituciju gly314-to-ser u KvLQT1 genu. U trećoj porodici, supstitucija ala341-na-val rezultirala je spontanom pojavom LQT-a kod monozigotnih blizanačkih potomaka neporaženih roditelja. Russell et al. (1996) su primijetili da su mutacije na ovom istom nukleotidu uočene u 8 od 19 LQT porodica za koje je utvrđeno da imaju mutacije KVLQT1 do tog vremena, što ukazuje na žarište mutacije. Obje mutacije prijavljene u ovoj studiji dogodile su se na CpG dinukleotidima. Russell et al. (1996) su primijetili da obje mutacije mijenjaju aminokiselinsku sekvencu u ili u blizini pora kanala i mogu umanjiti sposobnost kanala da provodi repolarizirajuću kalijumsku struju. Russell et al. (1996) su objavili da njihovi podaci potvrđuju ulogu KVLQT1 u LQT. Napomenuli su da su sve mutacije KVLQT1 koje su do tada prijavljene bile misense mutacije i sugerirali da mutantni KVLQT1 proteini mogu imati dominantno-negativan učinak na repolarizirajuće kalijeve struje formiranjem multimera s normalnim podjedinicama proteina kalijevog kanala, dramatično smanjujući broj potpuno funkcionalnih KVLQT1 kanala. .
Među 32 japanske porodice sa LQT, Tanaka et al. (1997) identifikovali su mutacije u KCNQ1 u 4 porodice koje se sastoje od 16 pacijenata.

Jongbloed et al. (1999) pregledali su 24 holandske LQTS porodice na mutacije u KCNQ1 i HERG genima. Identificirano je četrnaest misense mutacija. Osam od ovih missens mutacija bilo je novo: 3 u KCNQ1 genu i 5 u HERG genu. KCNQ1 mutacija G189R (607542.0003) i nova HERG mutacija R582C (607542.0009) otkrivene su u po 2 porodice. Studije genotipa i fenotipa su pokazale da slušni stimulansi pokreću srčane događaje koji razlikuju LQTS2 od LQTS1. U LQTS1, vježba je bila dominantan pokretač. Osim toga, identificiran je niz asimptomskih nositelja genskih defekata. Jongbloed et al. (1999) su zaključili da su asimptomski nositelji i dalje izloženi riziku od razvoja životno opasnih aritmija, naglašavajući važnost analize DNK za nedvosmislenu dijagnozu pacijenata sa LQTS.

Članove porodice Kv7 kalijevih kanala. To uključuje Kv7.1 (KCNQ1) - KvLQT1, Kv7.2 (KCNQ2), Kv7.3 (KCNQ3), Kv7.4 (KCNQ4) i  Kv7.5 (KCNQ5). Četverica od njih (KCNQ2-5)  [eksprimiraju se u [nervni sistem|nervnom sistemu. Oni sačinjavaju grupu niskopragovnih naponskih K+ kanala koji su prvobitno nazvani 'M-kanal' (pogledajte M-struja). Naziv M-kanala dolazi od klasično opisanog mehanizma u kojem je aktivacija muskarinskog acetilholinskog receptora deaktivirala ovaj kanal.

## Reference 
Kategorija:Kalijski kanali
Kategorija:Ionski kanali
Kategorija:Ljudski geni
Kategorija:Geni na hromosomu 11
Kategorija:Elektrofiziologija srca