Los canales de sodio dependientes del voltaje desempeñan un papel fundamental en el disparo del potencial de acción en todo el sistema cardiovascular y nervioso, y su activación es muy sensible a los cambios en el potencial de transmembrana. La regulación negativa de la conductancia del canal de sodio se produce a través de un proceso conocido como inactivación, que puede proceder de los estados abierto o cerrado, denominados inactivación «rápida» o «en estado estacionario» (SSI), respectivamente. Cuando la conductancia del canal de sodio está mal regulada, ocurren cosas muy malas. Por ejemplo, los defectos heredados o adquiridos en la conductancia del canal de sodio se asocian a un espectro de trastornos de señalización eléctrica que incluyen arritmias cardíacas (Wang et al., 1995; Valdivia et al., 2005), epilepsia y eritema primario (un trastorno de dolor periférico) (Yang et al., 2004), trastorno de dolor extremo paroxístico (Fertleman et al., 2006), la parálisis periódica hipocalémica (Ptácek et al., 1991; Rojas et al., 1991), la paramiotonía congénita (McClatchey et al., 1992), además de desempeñar papeles inesperados en la migraña (Kahlig et al., 2008), el autismo (Weiss et al., 2003; Han et al., 2012a), el sueño (Han et al., 2012b) y la esclerosis múltiple (Craner et al., 2004). Además, la SSI influye fuertemente en la estabilidad eléctrica de las células excitables porque el punto medio de la relación inactivación-voltaje suele estar cerca del potencial de membrana en reposo de la célula; por lo tanto, los cambios aparentemente modestos en el punto medio de la relación entre la SSI y el voltaje, causados por la (des)modulación o las mutaciones puntuales, pueden tener un poderoso efecto en el número de canales que están disponibles para contribuir al potencial de acción. Así pues, la activación de los canales de sodio, y la inactivación en particular, es un fenómeno biofísico que trasciende sin esfuerzo la plataforma de parcheo al ámbito clínico, aunque sigue sin resolverse una imagen detallada de las bases moleculares que subyacen a la inactivación. En este número de The Journal of General Physiology, Capes et al. utilizaron un enfoque de desactivación del sensor de voltaje para investigar sistemáticamente la identidad del desencadenante molecular de la inactivación y confirmar el papel del sensor de voltaje del dominio cuatro (DIV S4) en este proceso fisiológico clave (Capes et al., 2013).

La activación rápida del canal de sodio impulsa la carrera ascendente del potencial de acción, pero la inactivación rápida y completa de la conductancia de sodio es esencial para la repolarización oportuna de la membrana y el intervalo refractario entre los potenciales de acción. Hodgkin y Huxley describieron prescientemente un mecanismo por el que cuatro partículas cargadas incrustadas en la membrana, tres asociadas a la activación (m-gates) y una a la inactivación (h-gate), dan lugar a la conductancia de sodio dependiente del voltaje en el axón del calamar (Hodgkin y Huxley, 1952). Esta idea es coherente con la estructura del gen del canal de sodio que contiene cuatro dominios no idénticos (DI-DIV), cada uno con segmentos S5-p-loop-S6 que recubren el poro y un dominio sensor de voltaje (VSD) compuesto por los segmentos S1-S4, con los segmentos S4 albergando entre tres y siete residuos cargados positivamente, dependiendo del dominio. Las mutaciones en todo el canal pueden afectar a la compuerta; sin embargo, las introducidas en el DIV tienden a afectar más fuertemente a la inactivación (Chahine et al., 1994; McPhee et al., 1994, 1998; Chen et al., 1996; Yang et al., 1996; Lerche et al., 1997). La cinética rápida del movimiento de DI-III S4, visualizada por fluorometría de pinza de voltaje, se correlaciona estrechamente con la activación de la conductancia de sodio, mientras que el movimiento relativamente lento de DIV S4 se alinea con el desarrollo de la inactivación y con la inmovilización de la carga de gating (Cha et al., 1999; Chanda y Bezanilla, 2002). Además, las toxinas que interactúan preferentemente con el DIV VSD modulan potentemente la inactivación del canal (Hanck y Sheets, 2007; Bosmans et al., 2008; Wang et al., 2011). Así, una plétora de pruebas apoya la idea de que los DI-III contribuyen a la activación del canal y los DIV S4 se asocian a la inactivación. Sin embargo, se desconoce si la activación de DIV S4 por sí sola es suficiente para iniciar la inactivación, y si este único desencadenante es el responsable de permitir que la inactivación proceda tanto de canales abiertos como cerrados.

Para abordar esta cuestión directamente, Capes et al. (2013) utilizaron una estrategia de neutralización de carga por la que las tres primeras cargas de S4, que llevan la mayor parte del movimiento de carga (Sheets et al., 1999), fueron mutadas a glutamina (Q), dando lugar a sensores de voltaje de carga neutra (CN). Además de perjudicar la sensibilidad al voltaje y el movimiento de S4, es probable que estos VSD de CN se encuentren en una conformación activa, que normalmente solo se visita a potenciales positivos (Bao et al., 1999; Gagnon y Bezanilla, 2009; Capes et al., 2012). En el presente caso, estas mutaciones se realizaron individualmente en cada uno de los cuatro segmentos S4 de los canales de sodio del músculo esquelético, y los canales resultantes fueron interrogados electrofisiológicamente en cuanto a sus características de activación e inactivación. Los cuatro canales de sodio del CN eran funcionales y tenían una activación robusta dependiente del voltaje, lo que a primera vista es sorprendente, dado que los segmentos S4 habían sido neutralizados electrostáticamente. Sin embargo, si la neutralización de S4 promueve el movimiento del segmento S4 hacia la conformación activada, se ha eliminado de hecho una barrera energética para la activación, lo que explica las relaciones «normales» de conductancia-voltaje de los canales inactivados por VSD. En cuanto a la inactivación, los canales CN DI-III volvieron a ser bastante tolerantes funcionalmente, mientras que los canales CN DIV tienen propiedades de inactivación alteradas desde los estados cerrado, abierto e inactivado. En primer lugar, los canales CN DIV mostraron un gran desplazamiento hiperpolarizante en el punto medio de la SSI, lo que sugiere que estaban «preinactivados» a potenciales negativos, lo que concuerda con la hipótesis de que la activación DIV S4 es suficiente para la SSI y que la mutación «preactiva» el segmento DIV S4. En segundo lugar, los canales DIV CN también mostraron una entrada acelerada y casi instantánea en estados de inactivación rápida, tal como se determinó mediante un protocolo de dos pulsos para evitar la contribución de las latencias de activación (Aldrich et al., 1983). En tercer lugar, una vez inactivados, los canales DIV CN se retrasaron en la salida de los estados no conductores, y una vez iniciados, la recuperación de la inactivación fue significativamente más lenta. En cuarto lugar, estos tres resultados experimentales podrían recapitularse mediante un modelo de compuerta del canal de sodio por el que la inactivación, desde estados abiertos o cerrados, se inicia mediante el movimiento DIV S4, tras el cual una partícula de inactivación puede unirse a través de un paso débilmente dependiente del voltaje. A pesar de la arruga de que la mutación del triplete QQQ puede afectar funcionalmente a cada segmento S4 de forma diferente, los datos produjeron un resultado claro y, junto con trabajos anteriores, apoyan la noción de que, aunque los cuatro sensores de voltaje se activan en la apertura del canal, la activación DIV S4 por sí sola es suficiente para la iniciación tanto de la inactivación rápida como de la SSI, como se representa en la Fig. 1. Para simplificar, la activación estocástica de los VDS DI-DIII se combinan como un único paso que termina con la apertura del canal, como se muestra en la vía de la derecha. La subsiguiente activación de los DIV VSD da lugar a conformaciones adicionales del poro (Goldschen-Ohm et al., 2013), y a la eventual activación de la inactivación rápida, abajo a la derecha. Las contribuciones especulativas de los dominios implicados en la SSI retratada a la izquierda se describen en la leyenda y fluyen a través de una serie de conformaciones eléctricamente silenciosas (Horn et al., 1981). ¿La inactivación desde estados abiertos o cerrados produce una conformación común no conductora? Una posibilidad no probada pero convincente es que la activación del DIV S4 promueva una conformación del poro que sea permisiva a la inactivación a través de la unión de regiones del canal, como el triplete de enlace DIII-IV de los residuos IFM, que han demostrado interrumpir la inactivación cuando están mutados (West et al., 1992). En el caso de la inactivación en estado cerrado, la activación del DIV S4 y las conformaciones subsiguientes serían eléctricamente silenciosas, pero podrían compartir una conformación de inactivación similar con los canales de activación rápida. Sin embargo, también es posible que, como en los canales de potasio activados por voltaje, se utilicen distintas regiones de poro para diferentes tipos de inactivación (Choi et al., 1991). Aunque los datos son consistentes con la noción de que la DIV S4 representa un único interruptor molecular para la inactivación en estado cerrado y abierto, se dispone de pocos detalles moleculares sobre los complejos transitorios formados entre el movimiento de la DIV S4 y el desarrollo de la inactivación o la localización(es) de las regiones de poro putativas que podrían servir como receptor para una partícula de inactivación. De hecho, dadas las muchas incógnitas mecanísticas respecto a la inactivación del canal de sodio, el trabajo de Capes et al. (2013), al igual que la activación del DIV S4, es solo el principio de la historia.