Natriové kanály řízené napětím hrají ústřední roli při spouštění akčních potenciálů v celém kardiovaskulárním a nervovém systému a jejich brány jsou mimořádně citlivé na změny transmembránového potenciálu. Negativní regulace vodivosti sodíkových kanálů probíhá prostřednictvím procesu známého jako inaktivace, který může probíhat buď z otevřeného, nebo uzavřeného stavu, označovaného jako „rychlá“, respektive „ustálená“ inaktivace (SSI). Když je vodivost sodíkového kanálu špatně regulována, dochází k velmi špatným věcem. Například dědičné nebo získané defekty ve vodivosti sodíkových kanálů jsou spojeny se spektrem poruch elektrické signalizace včetně srdečních arytmií (Wang et al., 1995; Valdivia et al., 2005), epilepsie a primární erytémie (porucha periferní bolesti) (Yang et al., 2004), paroxysmální extrémní bolestivé poruchy (Fertleman et al., 2006), hypokalemické periodické paralýze (Ptáček et al., 1991; Rojas et al., 1991), kongenitální paramyotonii (McClatchey et al., 1992), kromě nečekané role u migrény (Kahlig et al., 2008), autismu (Weiss et al., 2003; Han et al., 2012a), spánku (Han et al., 2012b) a roztroušené sklerózy (Craner et al., 2004). SSI navíc silně ovlivňuje elektrickou stabilitu excitačních buněk, protože střed vztahu mezi inaktivací a napětím se často nachází v blízkosti klidového membránového potenciálu buňky; zdánlivě skromné posuny středu vztahu SSI versus napětí, způsobené (dys)modulací nebo bodovými mutacemi, tak mohou mít silný vliv na počet kanálů, které jsou k dispozici pro přispění k akčnímu potenciálu. Přepínání sodíkových kanálů, a zejména inaktivace, je tedy biofyzikální jev, který bez námahy přechází z patch rig do klinického prostředí, avšak podrobný obraz molekulární podstaty, která je základem inaktivace, zůstává tvrdošíjně nevyřešen. V tomto čísle časopisu The Journal of General Physiology použili Capes a spol. metodu deaktivace napěťového senzoru, aby systematicky zkoumali identitu molekulárního spouštěče inaktivace a potvrdili roli napěťového senzoru domény čtyři (DIV S4) v tomto klíčovém fyziologickém procesu (Capes a spol., 2013).

Rychlá aktivace sodíkového kanálu pohání vzestup akčního potenciálu, ale rychlá a úplná inaktivace sodíkové vodivosti je nezbytná pro včasnou repolarizaci membrány a refrakterní interval mezi akčními potenciály. Hodgkin a Huxley prozíravě popsali mechanismus, podle kterého čtyři membránové nabité částice, tři spojené s aktivací (m-brány) a jedna s inaktivací (h-brána), dávají vzniknout napěťově závislé sodíkové vodivosti v axonu chobotnice (Hodgkin a Huxley, 1952). Tato myšlenka je v souladu se strukturou genu sodíkového kanálu, který obsahuje čtyři neidentické domény (DI-DIV), z nichž každá má segmenty S5-p-loop-S6 lemující póry a doménu VSD (voltage-sensing domain) tvořenou segmenty S1-S4, přičemž segmenty S4 obsahují v závislosti na doméně tři až sedm kladně nabitých zbytků. Mutace v celém kanálu mohou mít vliv na hradlování, avšak mutace zavedené v DIV mají tendenci nejsilněji ovlivňovat inaktivaci (Chahine et al., 1994; McPhee et al., 1994, 1998; Chen et al., 1996; Yang et al., 1996; Lerche et al., 1997). Rychlá kinetika pohybu DI-III S4, vizualizovaná pomocí napěťové klešťové fluorometrie, úzce koreluje s aktivací sodíkové vodivosti, zatímco relativně pomalý pohyb DIV S4 koreluje s rozvojem inaktivace a s imobilizací hradlového náboje (Cha et al., 1999; Chanda a Bezanilla, 2002). Navíc toxiny, které přednostně interagují s DIV VSD, silně modulují inaktivaci kanálu (Hanck a Sheets, 2007; Bosmans a kol., 2008; Wang a kol., 2011). Množství důkazů tedy podporuje myšlenku, že DI-III přispívají k aktivaci kanálů a DIV S4 je spojen s inaktivací. Není však známo, zda samotná aktivace DIV S4 stačí k zahájení inaktivace a zda je tento jediný spouštěč zodpovědný za to, že inaktivace může probíhat z otevřených i zavřených kanálů.

K přímému řešení této otázky použili Capes et al. (2013) strategii neutralizace náboje, kdy první tři náboje S4, které nesou většinu pohybu náboje (Sheets et al., 1999), byly mutovány na glutamin (Q), čímž vznikly napěťově neutrální (CN) senzory. Kromě zhoršení napěťové citlivosti a pohybu S4 jsou takové CN VSD pravděpodobně v aktivní konformaci, která je obvykle navštěvována pouze při kladných potenciálech (Bao a kol., 1999; Gagnon a Bezanilla, 2009; Capes a kol., 2012). V tomto případě byly tyto mutace provedeny jednotlivě v každém ze čtyř segmentů S4 sodíkových kanálů kosterního svalu a výsledné kanály byly elektrofyziologicky vyšetřeny z hlediska aktivačních a inaktivačních vlastností. Všechny čtyři sodíkové kanály CN byly funkční a měly robustní napěťově závislé aktivační hradlo, což je na první pohled překvapivé vzhledem k tomu, že segmenty S4 byly elektrostaticky vykastrovány. Pokud však neutralizace S4 podporuje pohyb segmentu S4 do aktivované konformace, došlo ve skutečnosti k odstranění energetické bariéry aktivace, což vysvětluje „normální“ vztahy vodivosti a napětí kanálů s deaktivovaným VSD. Z hlediska inaktivace byly kanály DI-III CN opět poměrně funkčně tolerantní, zatímco kanály DIV CN mají změněné inaktivační vlastnosti z uzavřeného, otevřeného a inaktivovaného stavu. Za prvé, kanály DIV CN vykazovaly velký hyperpolarizační posun ve středním bodě SSI, což naznačuje, že byly „předaktivovány“ při záporných potenciálech, což je v souladu s hypotézou, že pro SSI stačí aktivace DIV S4 a že mutace „předaktivuje“ segment DIV S4. Za druhé, kanály DIV CN také vykazovaly zrychlený a téměř okamžitý vstup do rychle aktivovaných stavů, jak bylo stanoveno protokolem se dvěma impulsy, aby se zabránilo příspěvku aktivačních latencí (Aldrich a kol., 1983). Zatřetí, po inaktivaci opouštěly kanály DIV CN nevodivé stavy se zpožděním a po jejich iniciaci bylo zotavení z inaktivace výrazně zpomaleno. Začtvrté, všechny tři tyto experimentální výsledky lze rekapitulovat modelem hradlování sodíkových kanálů, podle něhož je inaktivace, ať už z otevřených, nebo uzavřených stavů, zahájena pohybem DIV S4, po němž se může slabě napěťově závislým krokem vázat inaktivační částice. Navzdory vráskám, že tripletová mutace QQQ může funkčně ovlivňovat každý segment S4 jinak, přinesla tato data jasný výsledek a spolu s předchozími pracemi podporují názor, že ačkoli se při otevření kanálu aktivují všechny čtyři napěťové senzory, k iniciaci rychlého i SSI postačuje pouze aktivace DIV S4, jak je znázorněno na obr. 1. Pro zjednodušení je stochastická aktivace VDS DI-DIII spojena jako jediný krok, který končí otevřením kanálu, jak je znázorněno na dráze vpravo. Následná aktivace DIV VSD vede k dalším konformacím pórů (Goldschen-Ohm et al., 2013) a k případné aktivaci rychlé inaktivace, vpravo dole. Spekulativní příspěvky domén zapojených do SSI zobrazené vlevo jsou popsány v legendě a procházejí řadou elektricky tichých konformací (Horn et al., 1981). Vytváří inaktivace z otevřeného nebo uzavřeného stavu společnou nevodivou konformaci? Jednou z neověřených, ale přesvědčivých možností je, že aktivace DIV S4 podporuje konformaci póru, která je přípustná pro inaktivaci prostřednictvím vazby oblastí kanálu, jako je DIII-IV linkerový triplet zbytků IFM, u nichž bylo prokázáno, že při mutaci narušují inaktivaci (West a kol., 1992). V případě inaktivace v uzavřeném stavu by aktivace DIV S4 a následné konformace byly elektricky němé, ale přesto mohou sdílet podobnou inaktivovanou konformaci s rychle aktivovanými kanály. Je však také možné, že stejně jako u napěťově řízených draslíkových kanálů se pro různé typy inaktivace používají odlišné oblasti pórů (Choi et al., 1991). Ačkoli data odpovídají představě, že DIV S4 představuje jediný molekulární přepínač pro inaktivaci v zavřeném a otevřeném stavu, je k dispozici jen málo molekulárních podrobností o přechodných komplexech vytvořených mezi pohybem DIV S4 a rozvojem inaktivace nebo o umístění (umístění) předpokládaných oblastí pórů, které by mohly sloužit jako receptor pro inaktivační částici. Vzhledem k mnoha mechanistickým neznámým v souvislosti s inaktivací sodíkových kanálů je totiž článek Capese a spol. (2013), stejně jako aktivace DIV S4, pouze začátkem příběhu.

.