Volttiohjatuilla natriumkanavilla on keskeinen rooli toimintapotentiaalien laukaisemisessa kaikkialla sydän- ja verisuonijärjestelmässä ja hermostossa, ja niiden portin avautuminen on erittäin herkkä kalvopotentiaalin muutoksille. Natriumkanavien konduktanssin negatiivinen säätely tapahtuu inaktivaatioksi kutsutun prosessin kautta, joka voi edetä joko avoimesta tai suljetusta tilasta, jota kutsutaan vastaavasti ”nopeaksi” tai ”vakaan tilan” inaktivaatioksi (SSI). Kun natriumkanavan konduktanssi on huonosti säädelty, tapahtuu hyvin huonoja asioita. Esimerkiksi perinnölliset tai hankitut puutteet natriumkanavan konduktanssissa liittyvät erilaisiin sähköisen signaloinnin häiriöihin, kuten sydämen rytmihäiriöihin (Wang et al., 1995; Valdivia et al., 2005), epilepsiaan ja primaariseen erythermalgiaan (perifeerinen kipuhäiriö) (Yang et al., 2004), paroksismaaliseen äärimmäiseen kipuhäiriöön (Fertleman et al., 2006), hypokaleeminen jaksollinen halvaus (Ptácek ym., 1991; Rojas ym., 1991), synnynnäinen paramyotonia (McClatchey ym., 1992), lisäksi yllättäviä rooleja migreenissä (Kahlig ym., 2008), autismissa (Weiss ym., 2003; Han ym., 2012a), unessa (Han ym., 2012b) ja multippeliskleroosissa (Craner ym., 2004). Lisäksi SSI vaikuttaa voimakkaasti sähköiseen vakauteen herätettävissä soluissa, koska inaktivointi-jännitesuhteen keskipiste on usein lähellä solun lepomembraanipotentiaalia; näin ollen näennäisesti vaatimattomilla siirtymillä SSI vs. jännitesuhteen keskipisteessä, jotka johtuvat (dys)modulaatiosta tai pistemutaatioista, voi olla voimakas vaikutus niiden kanavien lukumäärään, jotka ovat käytettävissä myötävaikuttamaan toimintapotentiaaliin. Näin ollen natriumkanavien portin avautuminen ja erityisesti inaktivoituminen on biofysikaalinen ilmiö, joka ylittää vaivattomasti laastarilaitteiston kliiniseen ympäristöön, mutta yksityiskohtainen kuva inaktivoitumisen taustalla olevasta molekyyliperustasta on edelleen sitkeästi ratkaisematta. Tässä Journal of General Physiology -lehden numerossa Capes et al. käyttivät jänniteanturia deaktivoivaa lähestymistapaa tutkiakseen systemaattisesti inaktivaation molekulaarisen laukaisijan identiteettiä ja vahvistaakseen neljännen domeenin (DIV S4) jänniteanturin roolin tässä keskeisessä fysiologisessa prosessissa (Capes et al., 2013).

Natriumkanavan nopea aktivoituminen ohjaa aktiopotentiaalin nousua, mutta natriumin sähkönjohtokyvyn nopealla ja täydellisellä inaktivoitumisella on olennaisen tärkeä merkitys oikea-aikaiselle kalvon repolarisaatiolle ja aktiopotentiaalien väliselle refraktoriselle väliajalle. Hodgkin ja Huxley kuvasivat kaukonäköisesti mekanismin, jossa neljä kalvoon upotettua varattua hiukkasta, joista kolme liittyy aktivoitumiseen (m-portit) ja yksi inaktivoitumiseen (h-portti), saavat aikaan jännitteestä riippuvan natriumkonduktanssin kalmarin aksonissa (Hodgkin ja Huxley, 1952). Tämä ajatus on yhdenmukainen natriumkanavan geenirakenteen kanssa, joka sisältää neljä ei-identtistä domeenia (DI-DIV), joissa jokaisessa on huokoset peittävät S5-p-silmukka-S6-segmentit ja S1-S4-segmenteistä koostuva jännitettä tunnistava domeeni (voltage-sensing domain, VSD), jossa S4-segmenteissä on domeenista riippuen kolmesta seitsemään positiivisesti varautunutta jäämää. Mutaatiot koko kanavassa voivat vaikuttaa porttaukseen; DIV:ssä tehdyt mutaatiot vaikuttavat kuitenkin voimakkaimmin inaktivoitumiseen (Chahine et al., 1994; McPhee et al., 1994, 1998; Chen et al., 1996; Yang et al., 1996; Lerche et al., 1997). DI-III S4:n liikkeen nopea kinetiikka, sellaisena kuin se on visualisoitu voltage-clamp-fluorometrialla, korreloi läheisesti natriumkonduktanssin aktivoitumisen kanssa, kun taas DIV S4:n suhteellisen hidas liike on linjassa inaktivoitumisen kehittymisen ja porttivarauksen immobilisoitumisen kanssa (Cha ym., 1999; Chanda ja Bezanilla, 2002). Lisäksi toksiinit, jotka ovat ensisijaisesti vuorovaikutuksessa DIV VSD:n kanssa, moduloivat voimakkaasti kanavan inaktivoitumista (Hanck ja Sheets, 2007; Bosmans et al., 2008; Wang et al., 2011). Näin ollen lukuisat todisteet tukevat ajatusta, että DI-III edistää kanavan aktivoitumista ja DIV S4 liittyy inaktivoitumiseen. Ei kuitenkaan tiedetä, riittääkö DIV S4:n aktivoituminen yksinään inaktivoitumisen käynnistämiseen ja onko tämä yksittäinen laukaisija vastuussa siitä, että inaktivoituminen voi edetä sekä avoimista että suljetuista kanavista.

Tämän kysymyksen käsittelemiseksi suoraan Capes et al. (2013) käyttivät varauksen neutralisointistrategiaa, jossa ensimmäiset kolme S4:n varausta, jotka kuljettavat suurimman osan varauksen liikkeestä (Sheets et al., 1999), mutatoitiin glutamiiniksi (Q), minkä tuloksena saatiin varauksen kannalta neutraaleja jänniteantureita (charge-neutral, CN). Sen lisäksi, että tällaiset CN VSD:t heikentävät S4-jänniteherkkyyttä ja -liikettä, ne ovat todennäköisesti aktiivisessa konformaatiossa, jossa käydään yleensä vain positiivisilla potentiaaleilla (Bao et al., 1999; Gagnon ja Bezanilla, 2009; Capes et al., 2012). Tässä tapauksessa nämä mutaatiot tehtiin erikseen luurankolihaksen natriumkanavien neljään S4-segmenttiin, ja tuloksena syntyneet kanavat kuulusteltiin elektrofysiologisesti aktivointi- ja inaktivointiominaisuuksien osalta. Kaikki neljä CN-natriumkanavaa olivat toimivia ja niillä oli vankka jännitteestä riippuvainen aktivaatioportointi, mikä on ensi silmäyksellä yllättävää, kun otetaan huomioon, että S4-segmentit oli kastroitu sähköstaattisesti. Jos S4:n neutralointi kuitenkin edistää S4-segmentin siirtymistä aktivoituneeseen konformaatioon, on itse asiassa poistettu energiaeste aktivoitumiselta, mikä selittää VSD-kyvyttömien kanavien ”normaalit” johtavuus-jännitesuhteet. Inaktivoinnin osalta DI-III CN-kanavat olivat jälleen varsin toiminnallisesti sietokykyisiä, kun taas DIV CN-kanavilla on muuttuneet inaktivointiominaisuudet suljetuista, avoimista ja inaktivoiduista tiloista. Ensinnäkin DIV CN-kanavat osoittivat suurta hyperpolarisoivaa siirtymää SSI-keskipisteessä, mikä viittaa siihen, että ne olivat ”esi-inaktivoituja” negatiivisilla potentiaaleilla, mikä on johdonmukaista sen hypoteesin kanssa, että DIV S4 -aktivointi riittää SSI: lle ja että mutaatio ”esi-aktivoi” DIV S4 -segmentin. Toiseksi, DIV CN-kanavat osoittivat myös nopeutettua ja lähes välitöntä siirtymistä nopeasti aktivoituihin tiloihin, kuten määritettiin kahden pulssin protokollalla aktivointiviiveiden osuuden välttämiseksi (Aldrich et ai., 1983). Kolmanneksi, kun DIV CN-kanavat inaktivoitiin, DIV CN-kanavien poistuminen ei-johtavista tiloista viivästyi, ja kun ne oli käynnistetty, palautuminen inaktivoinnista hidastui merkittävästi. Neljänneksi, kaikki kolme näistä kokeellisista tuloksista voitaisiin toistaa natriumkanavien porttauksen mallilla, jossa inaktivointi joko avoimista tai suljetuista tiloista aloitetaan DIV S4 -liikkeellä, jonka jälkeen inaktivointihiukkanen voi sitoutua heikosti jännitteestä riippuvan vaiheen kautta. Huolimatta siitä ryppyotsaisuudesta, että QQQ-triplettimutaatio voi vaikuttaa toiminnallisesti kuhunkin S4-segmenttiin eri tavalla, tiedot tuottivat selkeän tuloksen ja yhdessä aikaisempien töiden kanssa tukevat käsitystä siitä, että vaikka kaikki neljä jänniteanturia aktivoituvat kanavan avautumisessa, DIV S4 -aktivointi yksin riittää sekä nopean että SSI: n käynnistämiseen, kuten kuvassa 1 on esitetty. 1. Yksinkertaisuuden vuoksi DI-DIII VDS: n stokastinen aktivointi yhdistetään yhdeksi vaiheeksi, joka päättyy kanavan avautumiseen, kuten oikeanpuoleisessa polussa on esitetty. DIV VSD:n myöhempi aktivointi johtaa ylimääräisiin huokoskonformaatioihin (Goldschen-Ohm et al., 2013) ja lopulta nopean inaktivoinnin aktivoitumiseen, alhaalla oikealla. Vasemmalla kuvatun SSI:n mukana olevat spekulatiiviset domain-osuudet on kuvattu legendassa, ja ne kulkevat sähköisesti hiljaisten konformaatioiden sarjan läpi (Horn et ai., 1981). Tuottaako inaktivointi avoimesta tai suljetusta tilasta yhteisen johtamattoman konformaation? Yksi testaamaton mutta pakottava mahdollisuus on, että DIV S4:n aktivaatio edistää huokoskonformaatiota, joka sallii inaktivoitumisen kanavan sellaisten alueiden sitoutumisen kautta, kuten jäännösten IFM:n DIII-IV linkkeritripletti, joiden on osoitettu häiritsevän inaktivoitumista, kun ne ovat mutatoituneet (West et al., 1992). Suljetun tilan inaktivaation tapauksessa DIV S4:n aktivoituminen ja sitä seuraavat konformaatiot olisivat sähköisesti hiljaisia, mutta niillä voi silti olla samanlainen inaktivoitu konformaatio kuin nopeasti aktivoituneilla kanavilla. On kuitenkin myös mahdollista, että kuten jänniteohjatuissa kaliumkanavissa, eri huokosalueita käytetään erityyppiseen inaktivointiin (Choi et al., 1991). Vaikka tiedot ovat johdonmukaisia sen käsityksen kanssa, että DIV S4 edustaa yhtä ainoaa molekulaarista kytkintä suljetun ja avoimen tilan inaktivoitumista varten, käytettävissä on vain vähän molekulaarisia yksityiskohtia DIV S4 -liikkeen ja inaktivoitumisen kehittymisen välillä muodostuvista ohimenevistä komplekseista tai sellaisten oletettujen huokosalueiden sijainnista (sijainneista), jotka saattavat toimia inaktivointihiukkasen reseptorina. Ottaen huomioon natriumkanavan inaktivoitumiseen liittyvät monet mekanistiset tuntemattomuudet, Capesin ym. (2013) artikkeli on todellakin DIV S4:n aktivoitumisen tavoin vasta tarinan alku.