Electrophysiological characteristics of Six Mutations in hClC-1 of Korean Patients with Myotonia Congenita

Abstract

CIC-1은 전압의존성 음이온 이온통로로 사람의 골격근에 주로 발현되고 있으며, 안정막 전압의 안정화에 기여하고 있다. 유전질환인 선천성 근강직증은 이 유전자의 돌연변이에 의하여 발생한다. 이는 ClC-1의 돌연변이가 세포막 흥분성 조절의 이상을 초래하여 근강직증을 유발하는 것으로 생각되고 있다. 본 연구는 한국인 선천성 근강직증 환자에서 발견된 6개의 돌연변이(p.M128I, p.S189C, p.M373L, p.P480S, p.G523D, p.M609K)의 전기생리학적 특징을 규명하여, ClC-1유전자의 구조와 기능의 상관관계를 밝히고자 하였다. . CIC-1의 돌연변이 클론을 과발현한 HEK293 세포주에서 전세포 기록법으로 전류를 기록하였다. 그 결과, P480S와 M609K는 정상 클론에 비해 20% 이하의 음이온 전류전도도를 나타냈고, 1/2 전압수치는 탈분극 전압 방향으로 이동하였다. S189C 돌연변이는 염소이온의 내향적 정류현상의 특징이 소실되었다. 또한, 그 S189S 돌연변이의 1/2 전압수치는 +100 mV 이상까지 극단적으로 이동하였다. 그와 반대로, M128I와 G523D의 이온통로는 개방된 항정상태를 보였다. 그래서 우리는 hCIC-1의 기능적인 특징을 좀 더 세분화해서 관찰하고자 이온통로의 개폐의 시간의존성을 분석하였다. 그 결과, 6종의 CIC-1 돌연변이들 모두 slow gating 이 정상 클론보다 눈에 띄게 변해있었다. 반면, G523D를 제외한 나머지 돌연변이의 fast gating 은 정상 클론과 크게 다르지 않았다. G523D의 열린 확률 분석결과 정상 클론에서 보였던 S자 형태의 곡선을 보이지 않고 일직선의 양상을 나타냈다. 이러한 전기생리학적인 결과는 ClC-1의 돌연변이가 이온통로 개폐의 심각한 변형과 염소이온 투과도를 감소시켜 선천성 근강직증을 야기함을 보여주고 있다

Introduction: ClC-1, a member of a large family of voltage-gated chloride channels, is abundantly expressed in human skeletal muscle, and contributes to stabilizing the resting membrane potential. Mutations in ClC-1 are associated with myotonia congenita (MC), the neuromuscular channelopathy, resulting in loss of regulation of membrane excitability in skeletal muscle. In this study, six mutants (p.M128I, p.S189C, p.M373L, p.P480S, p.G523D, p.M609K) from Korean MC patients are investigated. Method: We studied the electrophysiological characteristics of each mutant by using patch clamp method in HEK293 cells. Results: Here, autosomal dominant mutants S189C and P480S both displayed reduced chloride conductance compared to WT, while V1/2 of S189 and P480S was shifted to depolarizing potentials. Autosomal recessive mutant M128I did not show a typical slow deactivation of Cl-currents. In addition, V1/2 of M128I was also shifted toward more depolarizing potentials. Sporadic mutant G523D also displayed sustained activation of Cl-currents in the whole cell trace whereas the other sporadic mutants, M373L and M609K, demonstrated a slow deactivation. Unique to this mutant, G523D lost voltage-dependence in channel gating. In order to identify potential effects on gating process, slow and fast gating of each mutant was also analyzed. We show that slow gating of the mutants tends to be shifted toward more positive potentials in comparison to WT, illustrating reversed voltage dependences in channel gating. However, the characteristics of fast gating for mutants were less affected compared to WT, except for G523. Conclusions: Collectively, these six mutants found from Korean patients resulted in the modification of channel gating behaviors and reduced chloride conductance that can account for the physiologic changes of MC.