钾通道，亚科 K，成员 4；KCNK4

TRAAK

HGNC 批准的基因符号：KCNK4

细胞遗传学定位：11q13.1 基因组坐标（GRCh38）：11:64,291,302-64,300,031（来自 NCBI）

▼ 说明

TRAAK 通道（例如 KCNK4）是 2 孔域钾离子通道家族 K2P 的成员，几乎只在神经系统中表达并控制静息膜电位。它们的门控对多不饱和脂肪酸、膜的机械变形和温度变化敏感。从生理学角度来看，这些通道似乎控制着背根神经节神经元温度和压力敏感性的有害输入阈值（Brohawn 等人总结，2012）。

▼ 克隆与表达

通过对已知 P2 结构域 K+ 通道序列的数据库搜索，Lesage 等人（2000）鉴定出与小鼠 P2 结构域 K+ 通道 Traak 显示同源性的人类序列。Lesage 等人（2000）使用简并 PCR 和基于这些基因组序列的引物，从脑 cDNA 文库中分离出人类 P2 K+ 通道 cDNA，命名为 TRAAK 或 KCNK4。推导的 393 个氨基酸的蛋白质与小鼠同源物具有 82% 的序列同一性。Lesage等（2000）通过RT-PCR证明人KCNK4在脑和胎盘中高表达，而在睾丸、小肠、前列腺和肾脏中表达较弱。Kcnk4 在胎盘中不表达，但与人类转录物一样，仅在神经元组织中高度表达。对表达 KCNK4 的 COS 细胞进行的电生理学研究表明，人 KCNK4 与小鼠 TRAAK 具有相同的生物物理和药理学特性。KCNK4 电流具有 K+ 选择性、瞬时性、非失活性和外向整流性。它们对奎尼丁、TEA 和钡等经典 K+ 通道阻滞剂不敏感，但对花生四烯酸等多不饱和脂肪酸有增强作用。

▼ 基因结构

Lesage等（2000）确定KCNK4基因含有6个外显子，第一个孔域有一个内含子。该内含子的位置在许多 P2 结构域 K+ 通道中是保守的，包括线虫中的一些。

▼ 测绘

Lesage等（2000）通过辐射杂交分析，将KCNK4基因定位到染色体11q13，靠近另一个P2结构域K+通道KCNK7（603940）。

▼ 生化特征

晶体结构

Brohawn et al.（2012）以3.8埃的分辨率展示了人类TRAAK的晶体结构。该通道由 2 个原聚体组成，每个原聚体包含 2 个不同的孔域，从而形成 2 倍对称钾通道。细胞外表面具有一个 35 埃高的螺旋帽，形成一个分叉的孔入口，并解释了 2 孔域钾通道对抑制性毒素不敏感的原因。两个对角相对的门形成内螺旋形成膜相互作用结构，这可能是该通道对细胞膜化学和机械特性敏感的基础。

Brohawn 等人（2014）提出了 TRAAK 的导电和非导电构象的晶体结构，由沿传导路径的渗透离子的存在定义。在非导电状态下，脂质酰基链通过膜内叶中 5 埃宽的侧向开口进入通道腔，并物理阻断离子通道。在导电状态下，跨膜螺旋（TM4）绕中心铰链旋转密封膜内开口，防止脂质堵塞腔并允许离子进入。机械敏感 K2P 特有的膜相互作用 TM2-TM3 片段相对 TM4 的额外旋转可以进一步稳定导电构象。结构比较揭示了 TRAAK 机械敏感性的生物物理学解释：导电状态下横截面积扩大至 2.7 nm（2）预计会在构象之间产生膜张力依赖性能量差，从而促进力激活。

▼ 分子遗传学

3名无血缘关系的儿童患有面部畸形、多毛症、癫痫、智力/发育迟缓和牙龈过度生长综合征（FHEIG；Bauer et al.（2018）在KCNK4基因中发现了新的杂合错义突变（A172E, 605720.0001和A244P, 605720.0002）。这些突变是通过外显子组测序发现并通过桑格测序证实的，但在 gnomAD 数据库中不存在。在 CHO 细胞中使用膜片钳记录进行的体外功能表达研究表明，与野生型相比，突变导致基础 K+ 膜电导显着增加。突变通道对电压、机械和脂质刺激不敏感，可能反映了它们的最大激活水平。共表达实验表明突变具有显着的功能获得行为。分子模型预测，与野生型相比，突变体通道中通道的侧向开窗明显较少开放，这表明通道的门控受到影响，有利于通道开放，从而导致突变体中基础激活的增加。

▼ 等位基因变异体（2个精选例子）：

.0001 面部畸形、多毛症、癫痫、智力/发育迟缓和牙龈过度生长综合症

KCNK4、ALA172GLU

2名无关患者（患者1和患者3）患有面部畸形、多毛症、癫痫、智力/发育迟缓和牙龈过度生长综合征（FHEIG；Bauer et al.（2018）在KCNK4基因中发现了一个从头杂合的c.515C-A颠换（c.515C-A, NM_001317090.1），导致ala172-to-glu（A172E）取代跨膜结构域 M3 中高度保守的残基。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 gnomAD 数据库中并不存在。CHO 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，该突变引起高基础活性，并以显性功能获得方式发挥作用。

.0002 面部畸形、多毛症、癫痫、智力/发育迟缓和牙龈过度生长综合症

KCNK4、ALA244PRO

一名5岁男孩（患者2），患有面部畸形、多毛症、癫痫、智力/发育迟缓、牙龈过度生长综合征（FHEIG；Bauer et al.（2018）在KCNK4基因中发现了一个从头杂合的c.730G-C颠换（c.730G-C, NM_001317090.1），导致ala244到pro（A244P）的替换跨膜结构域 M4 中高度保守的残基。该突变是通过外显子组测序发现并经桑格测序证实的，但在 gnomAD 数据库中并不存在。CHO 细胞的体外功能表达研究表明，与野生型相比，该突变引起高基础活性，并以显性功能获得方式发挥作用。