Study of Functional Manifestations of Met23Leu Missense Mutation in the Auxiliary Subunit KCNE2 (Mirp1) of Cardiac Channel Kv11.1

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In the present study, we functionally analyzed a missense mutation c.67A>T (p.Met23Leu) in the KCNE2 potassium channel Kv11.1 complementary subunit gene identified in a patient with asymptomatic QT interval prolongation on electrocardiogram. We artificially introduced this substitution into the plasmid encoding the KCNE2 subunit and expressed the mutant gene in Chinese hamster ovary cells together with the wild-type Kv11.1 channel gene to evaluate the effect of the mutation on IK1 current parameters. We used a comprehen-sive approach including the study of the integrated IKr current using the patch-clamp method in a whole-cell configuration in potential fixation mode. The study showed that the c.67A>T mutation (p.Met23Leu) is realized in a gain-of-function type, but the current density carried by Kv11.1 channels is significantly reduced. Fluorescence microscopy showed impaired trafficking of a channel coexpressed with the mutant subunit to the cell surface. We applied molecular modeling to examine the location of the mutant subunit relative to the membrane.

About the authors

E. M Pivovarov

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

B. Li

Lomonosov Moscow State University; Shenzhen MSU-BIT University, International University Park Road

Moscow, Russia; Shenzhen, People’s Republic of China

A. O Selin

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

G. R Mitrov

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

G. S Glukhov

Lomonosov Moscow State University; Shenzhen MSU-BIT University, International University Park Road

Moscow, Russia; Shenzhen, People’s Republic of China

D. V Abramochkin

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

M. G Karlova

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

A. G Shestak

Russian Scientific Center of Surgery named after Academician B.V. Petrovsky

Moscow, Russia

V. N Novoseletsky

Shenzhen MSU-BIT University, International University Park Road

Shenzhen, People’s Republic of China

E. V Zaklyazminskaya

Russian Scientific Center of Surgery named after Academician B.V. Petrovsky

Moscow, Russia

K. V Shaitan

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

O. S Sokolova

Lomonosov Moscow State University; Shenzhen MSU-BIT University, International University Park Road

Email: sokolova@mail.bio.msu.ru
Moscow, Russia; Shenzhen, People’s Republic of China

References

  1. Соколова О. С., Кирпичников М. П., Шайтан К. В., Антонов М. Ю., Волынцева А. Д., Глухов Г. С., Горделий В. И., Деркачева Н. И., Карлова М. Г., Кузьмичёв П. К., Люкманова Е. Н., Моисеенко А. В., Мышкин М. Ю., Некрасова О. В., Новоселецкий В. Н., Охрименко И. С., Парамонов А. С., Попинако А. В., Станишнева-Коновалова Т. Б., Трифонова Е. С., Феофанов А. В., Чупин В. В., Шевцов М. Б. и Шенкарёв З. О. Современные методы изучения структуры и функций ионных каналов (Товарищество научных изданий КМК, М., 2020). EDN: ICASCW
  2. Chen S., Francioli L. C., Goodrich J. K., Collins R. L., Kanai M., Wang Q., Alföldi J., Watts N. A., Vittal C., Gauthier L. D., Poterba T., Wilson M. W., Tarasova Y., Phu W., Grant R., Yohannes M. T., Koenig Z., FarjounY., Banks E., Donnelly S., Gabriel S., Gupta N., Ferriera S., Tolonen C., Novod S., Bergelson L., Roazen D., Ruano-Rubio V., Covarrubias M., Llanwarne C., Petrillo N., Wade G., Jeandet T., Munshi R., Tibbetts K., Genome Aggregation Database (gnomAD) Consortium, O’Donnell-Luria A., Solomonson M., Seed C., Martin A. R., Talkowski M. E., Rehm H. L., Daly M. J., Tiao G., Neale B. M., MacArthur D. G., and Karczewski K. J. A genomic mutational constraint map using variation in 76,156 human genomes. Nature, 625, 92–100 (2024). doi: 10.1038/s41586-023-06045-0
  3. Schwartz P. J., Ackerman M. J., George A. L., Jr., and Wilde A. A. M. Impact of genetics on the clinical management of channelopathies. J. Am. Coll. Cardiol., 62 (3), 169–180 (2013). doi: 10.1016/j.jacc.2013.04.044
  4. Bohnen M. S., Peng G., Robey S. H., Terrenoire C., Iyer V., Sampson K. J., and Kass R. S. Molecular pathophysiology of congenital long QT syndrome. Physiol. Rev., 97 (1), 89–134 (2017). doi: 10.1152/physrev.00008.2016
  5. Schwartz P. J., Stramba-Badiale M., Crotti L., Pedrazzini M., Besana A., Bosi G., Gabbarini F., Goulene K., Insolia R., Mannarino S., Mosca F., Nespoli L., Rimini A., Rosati E., Salice P., and Spazzolini C. Prevalence of the congenital long-QT syndrome. Circulation, 120 (18), 1761–1767 (2009). doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.863209
  6. Schwartz P. J. and Ackerman M. J. The long QT syndrome: a transatlantic clinical approach to diagnosis and therapy. Eur. Heart J., 34 (40), 3109–3116 (2013). doi: 10.1093/eurheartj/eht089
  7. Schwartz P. J., Priori S. G., Spazzolini C., Moss A. J., Vincent G. M., Napolitano C., Denjoy I., Guicheney P., Breithardt G., Keating M. T., Towbin J. A., Beggs A. H., Brink P., Wilde A. A., Toivonen L., Zareba W., Robinson J. L., Timothy K. W., Corfield V., Wattanasirichaigoon D., Corbett C., Haverkamp W., SchulzeBahr E., Lehmann M. H., Schwartz K., Coumel P., and Bloise R. Genotype-phenotype correlation in the longQT syndrome: gene-specific triggers for life-threatening arrhythmias. Circulation, 103 (1), 89–95 (2001). doi: 10.1161/01.cir.103.1.89
  8. Schwartz P. J. and Crotti L. Long and short QT syndromes. In: Cardiac Electrophysiology: From Cell to Bedside (Seventh Edition), Ed. by D. P. Zipes, J. Jalife, and W. G. Stevenson (Elsiever, 2018), pp. 893–904. doi: 10.1016/B978-0-323-44733-1.00093-6
  9. Schwartz P. J., Crotti L., and George A. L. Jr. Modifier genes for sudden cardiac death. Eur. Heart J., 39 (44), 3925–3931 (2018). doi: 10.1093/eurheartj/ehy502
  10. Lundby A., Andersen M. N., Steffensen A. B., Horn H., Kelstrup C. D., Francavilla C., Jensen L. J., Schmitt N., Thomsen M. B., and Olsen J. V. In vivo phosphoproteomics analysis reveals the cardiac targets of beta-adrenergic receptor signaling. Sci. Signal., 6 (278), rs11 (2013). doi: 10.1126/scisignal.2003506
  11. Marx S. O., Kurokawa J., Reiken S., Motoike H., D’Armiento J., Marks A. R., and Kass R. S. Requirement of a macromolecular signaling complex for beta adrenergic receptor modulation of the KCNQ1-KCNE1 potassium channel. Science, 295 (5554), 496–499 (2002). doi: 10.1126/science.1066843
  12. Chen L., Marquardt M. L., Tester D. J., Sampson K. J., Ackerman M. J., and Kass R. S. Mutation of an A-kinaseanchoring protein causes long-QT syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104 (52), 20990–20995 (2007). doi: 10.1073/pnas.0710527105
  13. Anantharam A. and Abbott G. W. In: The hERG Cardiac Potassium Channel: Structure, Function and Long QT Syndrome. Novartis Foundation Symposium 266, Ed. by D. J. Chadwick and J. Goode (Novartis Foundation, 2005), pp. 100–112; discussion 112-7, 155-8.
  14. Eldstrom J. and Fedida D. The voltage-gated channel accessory protein KCNE2: multiple ion channel partners, multiple ways to long QT syndrome. Expert Rev. Mol. Med., 13, e38 (2011). doi: 10.1017/S1462399411002092
  15. Takumi T., Moriyoshi K., Aramori I., Ishii T., Oiki S., Okada Y., Ohkubo H., and Nakanishi S. Alteration of channel activities and gating by mutations of slow ISK potassium channel. J. Biol. Chem., 266 (33), 22192–22198 (1991). doi: 10.1016/S0021-9258(18)54553-1
  16. Gage S. D. and Kobertz W. R. KCNE3 truncation mutants reveal a bipartite modulation of KCNQ1 K+ channels. J. Gen. Physiol., 124 (6), 759–771 (2004). doi: 10.1085/jgp.200409114
  17. Li P., Liu H., Lai C., Sun P., Zeng W., Wu F., Zhang L., Wang S., Tian C., and Ding J. Differential modulations of KCNQ1 by auxiliary proteins KCNE1 and KCNE2. Sci. Rep., 4, 4973 (2014). doi: 10.1038/srep04973
  18. Li Z., Li S., Luo M., Jhong J. H., Li W., Yao L., Pang Y., Wang Z., Wang R., Ma R., Yu J., Huang Y., Zhu X., Cheng Q., Feng H., Zhang J., Wang C., Hsu J. B., Chang W. C., Wei F. X., Huang H. D., and Lee T. Y. dbPTM in 2022: an updated database for exploring regulatory networks and functional associations of protein post-translational modifications. Nucl. Acids Res., 50 (D1), D471–D479 (2022). doi: 10.1093/nar/gkab1017
  19. Zhang M., Wang Y., Jiang M., Zankov D. P., Chowdhury S., Kasirajan V., and Tseng G. N. KCNE2 protein is more abundant in ventricles than in atria and can accelerate hERG protein degradation in a phosphorylation-dependent manner. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol., 302 (4), H910–H922 (2012). doi: 10.1152/ajpheart.00691.2011
  20. Liu L., Tian J., Lu C., Chen X., Fu Y., Xu B., Zhu C., SunY., Zhang Y., Zhao Y., and Li Y. Electrophysiological characteristics of the LQT2 syndrome mutation KCNH2-G572S and regulation by accessory protein KCNE2. Front. Physiol., 7, 650 (2016). doi: 10.3389/fphys.2016.00650
  21. Jordan M., Schallhorn A., and Wurm F. M. Transfecting mammalian cells: optimization of critical parameters affecting calcium-phosphate precipitate formation. Nucl. Acids Res., 24 (4), 596-601 (1996). doi: 10.1093/nar/24.4.596
  22. Sambrook J. and Russell D. W. Molecular Cloning: a Laboratory Manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press, N.-Y., 2001).
  23. Pogozheva I. D., Armstrong G. A., Kong L., Hartnagel T. J., Carpino C. A., Gee S. E., Picarello D. M., Rubin A. S., Lee J., Park S., Lomize A. L., and Im W. Comparative molecular dynamics simulation studies of realistic eukaryotic, prokaryotic, and archaeal membranes. J. Chem. Inf. Model., 62 (4), 1036–1051 (2022). doi: 10.1021/acs.jcim.1c01514
  24. Miranda W. E., Guo J., Mesa-Galloso H., Corradi V., Lees-Miller J. P., Tieleman D. P., Duff H. J., and Noskov S. Y. Lipid regulation of hERG1 channel function. Nature Commun., 12 (1), 1409 (2021). doi: 10.1038/s41467-021-21681-8
  25. Lomize M. A., Pogozheva I. D., Joo H., Mosberg H. I., and Lomize A. L. OPM database and PPM web server: resources for positioning of proteins in membranes. Nucl. Acids Res., 40 (Database issue), D370–376 (2012). doi: 10.1093/nar/gkr703
  26. Jo S., Kim T., Iyer V. G., and Im W. CHARMM-GUI: a web-based graphical user interface for CHARMM. J. Comput. Chem., 29 (11), 1859–1865 (2008). doi: 10.1002/jcc.20945
  27. Humphrey W., Dalke A., and Schulten K. VMD: visual molecular dynamics. J. Mol. Graph., 14 (1), 33–38 (1996). doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5
  28. Olesen M. S., Andreasen L., Jabbari J., Refsgaard L., Haunso S., Olesen S. P., Nielsen J. B., Schmitt N., and Svendsen J. H. Very early-onset lone atrial fibrillation patients have a high prevalence of rare variants in genes previously associated with atrial fibrillation. Heart Rhythm, 11 (2), 246–251 (2014). doi: 10.1016/j.hrthm.2013.10.034
  29. Nielsen J. B., Bentzen B. H., Olesen M. S., David J. P., Olesen S. P., Haunso S., Svendsen J. H., and Schmitt N. Gain-of-function mutations in potassium channel subunit KCNE2 associated with early-onset lone atrial fibrillation. Biomark Med., 8 (4), 557–570 (2014). doi: 10.2217/bmm.13.137

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».