靶向IKs通道PKA磷酸化轴以恢复高危LQT1变异体的功能

背景：KCNQ1+KCNE1（IKs）钾通道在心脏对应激的适应中起关键作用，其中β-肾上腺素能刺激通过环磷酸腺苷（cAMP）/PKA（蛋白激酶A）通路磷酸化IKs通道。磷酸化增加通道电流并加速复极化以适应心率增加。KCNQ1变异可导致1型长QT综合征（LQT1），其中cAMP效应缺陷的变异使患者处于心脏骤停和猝死的最高风险。然而，IKs通道磷酸化与通道功能之间的分子联系，以及为什么高危LQT1突变失去cAMP敏感性，仍不清楚。方法：采用常规膜片钳和电压钳荧光测定技术记录野生型和突变型KCNQ1/IKs通道的孔开放和电压传感器运动。分析每个LQT1突变的临床表型外显率作为评估其临床风险的指标。使用患者特异性诱导多能干细胞模型在生理条件下测试机制发现。结果：通过系统阐明一系列缺乏cAMP敏感性的LQT1变异的机制，我们确定了IKs通道磷酸化调控的分子决定因素。这些关键残基分布在KCNQ1的N端延伸至IKs的中央孔区。我们将此模式称为IKs通道PKA磷酸化轴。接下来，通过检查包含10 579名LQT1携带者的临床数据库中的LQT1变异，我们发现最高外显率的LQT1变异的分布延伸至IKs通道PKA磷酸化轴，证明了其临床相关性。此外，我们发现一种小分子ML277，结合在磷酸化轴的中心，可挽救多种高危LQT1变异的cAMP效应缺陷。这一发现在高危患者特异性诱导多能干细胞衍生的心肌细胞中得到了验证，ML277显著减轻了搏动异常。结论：我们的发现不仅阐明了PKA依赖性IKs通道磷酸化的分子机制，而且为高危LQT1变异患者提供了有效的抗心律失常策略。