Canais de sódio de tensão têm um papel central no potencial de ação, disparando em todo o sistema cardiovascular e nervoso, e sua porta é extremamente sensível a mudanças no potencial transmembrana. A regulação negativa da condução dos canais de sódio ocorre através de um processo conhecido como inativação, que pode proceder tanto do estado aberto quanto do estado fechado, denominados de inativação “rápida” ou “em estado estável” (SSI), respectivamente. Quando a condutância do canal de sódio é mal regulada, coisas muito ruins acontecem. Por exemplo, defeitos herdados ou adquiridos na condutância do canal de sódio estão associados a um espectro de distúrbios de sinalização elétrica, incluindo arritmias cardíacas (Wang et al., 1995; Valdivia et al., 2005), epilepsia e eritermalgia primária (um distúrbio de dor periférica) (Yang et al., 2004), distúrbio de dor extrema paroxística (Fertleman et al, 2006), paralisia periódica hipocalêmica (Ptácek et al., 1991; Rojas et al., 1991), paramiotonia congênita (McClatchey et al., 1992), além de papéis inesperados na enxaqueca (Kahlig et al., 2008), autismo (Weiss et al., 2003; Han et al., 2012a), sono (Han et al., 2012b) e esclerose múltipla (Craner et al., 2004). Além disso, o SSI influencia fortemente a estabilidade elétrica em células excitáveis porque o ponto médio da relação inativação-voltagem está frequentemente próximo do potencial de membrana de repouso da célula; assim, mudanças aparentemente modestas no ponto médio da relação SSI versus tensão, causadas por (dis)modulação ou mutações pontuais, podem ter um efeito poderoso no número de canais disponíveis para contribuir para o potencial de ação. Assim, a alimentação dos canais de sódio, e a inativação em particular, é um fenômeno biofísico que transcende sem esforço a plataforma de remendo para o cenário clínico, mas um quadro detalhado da base molecular subjacente à inativação permanece teimosamente não resolvido. Neste número do The Journal of General Physiology, Capes et al. usaram uma abordagem de desativação do sensor de voltagem para investigar sistematicamente a identidade do gatilho molecular para inativação e confirmar o papel do sensor de voltagem do domínio quatro (DIV S4) neste processo fisiológico chave (Capes et al., 2013).

A ativação do canal de sódio rígido impulsiona a elevação do potencial de ação, mas a inativação rápida e completa da condutância de sódio é essencial para a repolarização oportuna da membrana e o intervalo refratário entre os potenciais de ação. Hodgkin e Huxley descreveram atualmente um mecanismo pelo qual quatro partículas carregadas por membrana, três associadas à ativação (m-gates) e uma à inativação (h-gate), dão origem à condutância de sódio dependente de tensão no axônio lula (Hodgkin e Huxley, 1952). Esta idéia é consistente com a estrutura do gene do canal de sódio que contém quatro domínios não idênticos (DI-DIV), cada um com segmentos S5-p-loop-S6 de porosidade e um domínio sensor de tensão (VSD) composto pelos segmentos S1-S4, com os segmentos S4 abrigando entre três e sete resíduos com carga positiva, dependendo do domínio. As mutações ao longo do canal podem afetar a porta de alimentação; entretanto, aquelas introduzidas no DIV tendem a afetar mais fortemente a inativação (Chahine et al., 1994; McPhee et al., 1994, 1998; Chen et al., 1996; Yang et al., 1996; Lerche et al., 1997). A cinética rápida do movimento DI-III S4, visualizada pela fluorometria por pinça de tensão, correlaciona-se estreitamente com a ativação da condutância do sódio, enquanto o movimento relativamente lento do DIV S4 se alinha com o desenvolvimento da inativação e com a imobilização da carga da porta (Cha et al., 1999; Chanda e Bezanilla, 2002). Além disso, toxinas que interagem preferencialmente com o DIV VSD modulam potentemente a inativação do canal (Hanck and Sheets, 2007; Bosmans et al., 2008; Wang et al., 2011). Assim, uma infinidade de evidências apóia a idéia de que o DI-III contribui para a ativação do canal e o DIV S4 está associado à inativação. Entretanto, não se sabe se a ativação de DIV S4 por si só é suficiente para iniciar a inativação, e se este gatilho único é responsável por permitir que a inativação proceda tanto de canais abertos quanto fechados.

Para abordar diretamente esta questão, Capes et al. (2013) utilizaram uma estratégia de neutralização de carga, pela qual as três primeiras cargas S4, que carregam a maior parte do movimento da carga (Sheets et al., 1999), foram transformadas em glutamina (Q), resultando em sensores de tensão de carga neutra (CN). Além de prejudicar a sensibilidade e o movimento da tensão S4, é provável que tais VSDs CN estejam em uma conformação ativa, que normalmente só é visitada em potenciais positivos (Bao et al., 1999; Gagnon e Bezanilla, 2009; Capes et al., 2012). No presente caso, essas mutações foram feitas individualmente em cada um dos quatro segmentos S4 dos canais de sódio do músculo esquelético, e os canais resultantes foram interrogados eletrofisiologicamente para as características de ativação e inativação. Todos os quatro canais de sódio CN eram funcionais e possuíam robustos canais de ativação dependentes de tensão, o que à primeira vista é surpreendente, já que os segmentos S4 haviam sido neutralizados eletrostaticamente. No entanto, se a neutralização de S4 promove o movimento do segmento S4 para a conformação ativada, de fato se removeu uma barreira energética à ativação, explicando as relações “normais” entre condutância e tensão dos canais desativados por VSD. Em termos de inativação, os canais DI-III CN foram novamente bastante tolerantes em termos funcionais, enquanto os canais DIV CN alteraram as propriedades de inativação a partir dos estados fechado, aberto e inativado. Primeiro, os canais DIV CN apresentaram uma grande mudança hiperpolarizante no ponto médio do SSI, sugerindo que eles foram “pré-ativados” em potenciais negativos, consistente com a hipótese de que a ativação do DIV S4 é suficiente para o SSI e que a mutação “pré-ativou” o segmento DIV S4. Em segundo lugar, os canais DIV CN também mostraram uma entrada acelerada e quase instantânea em estados de ativação rápida, determinada por um protocolo de dois pulsos para evitar a contribuição das latências de ativação (Aldrich et al., 1983). Em terceiro lugar, uma vez inativados, os canais DIV CN apresentaram atraso na saída de estados não-condutores e, uma vez iniciados, a recuperação da inativação foi significativamente retardada. Quarto, todos esses três resultados experimentais poderiam ser recapitulados por um modelo de canal de sódio, pelo qual a inativação, a partir dos estados aberto ou fechado, é iniciada pelo movimento DIV S4, após o qual uma partícula de inativação pode se ligar através de um passo fracamente dependente da tensão. Apesar da ruga que a mutação QQQ triplet pode afetar funcionalmente cada segmento S4 de forma diferente, os dados produziram um resultado claro e, juntamente com o trabalho anterior, suportam a noção de que, embora todos os quatro sensores de tensão sejam ativados na abertura do canal, a ativação do DIV S4 por si só é suficiente para a iniciação tanto do rápido como do SSI, como mostrado na Fig. 1. Para simplificar, a ativação estocástica dos VDSs DI-DIII são combinados como um único passo que termina com a abertura do canal, como mostrado no caminho para o lado direito. A ativação subsequente do DIV VSD resulta em conformações adicionais de poros (Goldschen-Ohm et al., 2013), e a eventual ativação de inativação rápida, em baixo à direita. As contribuições especulativas de domínio envolvidas com SSI retratadas à esquerda são descritas na legenda e fluem através de uma série de conformações eletricamente silenciosas (Horn et al., 1981). A inativação a partir de estados abertos ou fechados produz uma conformação não condutora comum? Uma possibilidade não testada mas convincente é que a ativação DIV S4 promove uma conformação porosa que é permissiva à inativação através da ligação de regiões do canal, tais como o DIII-IV linker triplet de resíduos IFM, que demonstraram interromper a inativação quando mutado (West et al., 1992). No caso da inativação em estado fechado, a ativação do DIV S4 e as conformações subseqüentes seriam eletricamente silenciosas, mas podem ainda compartilhar uma conformação inativada similar com os canais rapidamente inativados. No entanto, também é possível que, como nos canais de potássio em tensão, regiões de poros distintos sejam usadas para diferentes tipos de inativação (Choi et al., 1991). Embora os dados sejam consistentes com a noção de que o DIV S4 representa um único interruptor molecular para inativação em estado fechado e aberto, poucos detalhes moleculares estão disponíveis sobre os complexos transitórios formados entre o movimento DIV S4 e o desenvolvimento da inativação ou a(s) localização(ões) de regiões putativas de poros que possam servir como receptor para uma partícula de inativação. De fato, dadas as muitas incógnitas mecanicistas em relação à inativação do canal de sódio, o trabalho de Capes et al. (2013), como a ativação de DIV S4, é apenas o começo da história.