Canalele de sodiu portate de tensiune joacă un rol central în declanșarea potențialului de acțiune în întregul sistem cardiovascular și nervos, iar portul lor este extrem de sensibil la modificările potențialului transmembranar. Reglarea negativă a conductanței canalelor de sodiu are loc printr-un proces cunoscut sub numele de inactivare, care poate porni fie din starea deschisă, fie din starea închisă, denumite inactivare „rapidă” sau, respectiv, inactivare „în stare de echilibru” (SSI). Atunci când conductanța canalului de sodiu este slab reglată, se întâmplă lucruri foarte rele. De exemplu, defectele moștenite sau dobândite în conductanța canalului de sodiu sunt asociate cu un spectru de tulburări de semnalizare electrică, inclusiv aritmii cardiace (Wang et al., 1995; Valdivia et al., 2005), epilepsie și eritrotermalgie primară (o tulburare de durere periferică) (Yang et al., 2004), tulburare paroxistică de durere extremă (Fertleman et al., 2006), paralizie periodică hipokaliemică (Ptácek et al., 1991; Rojas et al., 1991), paramiotonie congenitală (McClatchey et al., 1992), pe lângă roluri neașteptate în migrenă (Kahlig et al., 2008), autism (Weiss et al., 2003; Han et al., 2012a), somn (Han et al., 2012b) și scleroză multiplă (Craner et al., 2004). Mai mult, SSI influențează puternic stabilitatea electrică în celulele excitabile, deoarece punctul median al relației inactivare-tensiune este adesea aproape de potențialul de repaus al membranei celulei; astfel, deplasările aparent modeste ale punctului median al relației SSI versus tensiune, cauzate de (dis)modulație sau mutații punctuale, pot avea un efect puternic asupra numărului de canale care sunt disponibile pentru a contribui la potențialul de acțiune. Astfel, gating-ul canalelor de sodiu și, în special, inactivarea este un fenomen biofizic care transcende fără efort rigla patch în mediul clinic, însă o imagine detaliată a bazei moleculare care stă la baza inactivării rămâne încă nerezolvată cu încăpățânare. În acest număr al revistei The Journal of General Physiology, Capes et al. au folosit o abordare de dezactivare a senzorului de tensiune pentru a investiga sistematic identitatea declanșatorului molecular al inactivării și pentru a confirma rolul senzorului de tensiune din domeniul patru (DIV S4) în acest proces fiziologic cheie (Capes et al., 2013).

Activarea rapidă a canalului de sodiu conduce la creșterea potențialului de acțiune, dar inactivarea rapidă și completă a conductanței de sodiu este esențială pentru repolarizarea la timp a membranei și pentru intervalul refractar dintre potențialele de acțiune. Hodgkin și Huxley au descris cu clarviziune un mecanism prin care patru particule încărcate încorporate în membrană, trei asociate cu activarea (porțile m) și una cu inactivarea (poarta h), dau naștere la conductanța de sodiu dependentă de tensiune în axonul de calmar (Hodgkin și Huxley, 1952). Această idee este în concordanță cu structura genetică a canalului de sodiu care conține patru domenii neidentice (DI-DIV), fiecare cu segmente S5-p-loop-S6 care căptușesc porii și un domeniu de detectare a tensiunii (VSD) alcătuit din segmentele S1-S4, segmentele S4 conținând între trei și șapte reziduuri încărcate pozitiv, în funcție de domeniu. Mutațiile de pe tot canalul pot afecta pornirile; cu toate acestea, cele introduse în DIV tind să afecteze cel mai puternic inactivarea (Chahine et al., 1994; McPhee et al., 1994, 1998; Chen et al., 1996; Yang et al., 1996; Lerche et al., 1997). Cinetica rapidă a mișcării DI-III S4, așa cum a fost vizualizată prin fluorometrie de captare a tensiunii, se corelează îndeaproape cu activarea conductanței de sodiu, în timp ce mișcarea relativ lentă a DIV S4 se aliniază cu dezvoltarea inactivării și cu imobilizarea încărcăturii de poartă (Cha et al., 1999; Chanda și Bezanilla, 2002). Mai mult, toxinele care interacționează în mod preferențial cu DIV VSD modulează puternic inactivarea canalului (Hanck și Sheets, 2007; Bosmans și colab., 2008; Wang și colab., 2011). Astfel, o multitudine de dovezi sprijină ideea că DI-III contribuie la activarea canalelor, iar DIV S4 este asociată cu inactivarea. Cu toate acestea, nu se știe dacă activarea DIV S4 singură este suficientă pentru a iniția inactivarea și dacă acest declanșator unic este responsabil pentru a permite ca inactivarea să decurgă atât din canale deschise, cât și din canale închise.

Pentru a aborda această întrebare în mod direct, Capes et al. (2013) au folosit o strategie de neutralizare a sarcinii prin care primele trei sarcini S4, care transportă cea mai mare parte a mișcării de sarcină (Sheets et al., 1999), au fost mutate în glutamină (Q), rezultând senzori de tensiune cu sarcină neutră (CN). Pe lângă faptul că afectează sensibilitatea și mișcarea tensiunii S4, astfel de VSD CN sunt susceptibile de a se afla într-o conformație activă, care de obicei este vizitată doar la potențiale pozitive (Bao et al., 1999; Gagnon și Bezanilla, 2009; Capes et al., 2012). În cazul de față, aceste mutații au fost făcute individual în fiecare dintre cele patru segmente S4 ale canalelor de sodiu ale mușchilor scheletici, iar canalele rezultate au fost interogate electrofiziologic pentru caracteristicile de activare și inactivare. Toate cele patru canale de sodiu CN au fost funcționale și au avut un gating robust de activare dependentă de tensiune, ceea ce, la prima vedere, este surprinzător, având în vedere că segmentele S4 au fost castrate electrostatic. Cu toate acestea, dacă neutralizarea S4 promovează mișcarea segmentului S4 în conformația activată, s-a eliminat, de fapt, o barieră energetică pentru activare, explicând relațiile „normale” conductanță-tensiune ale canalelor dezactivate VSD. În ceea ce privește inactivarea, canalele CN DI-III au fost din nou destul de tolerante din punct de vedere funcțional, în timp ce canalele CN DIV au proprietăți de inactivare modificate de la starea închisă, deschisă și inactivată. În primul rând, canalele DIV CN au prezentat o deplasare hiperpolarizantă mare în punctul median al SSI, sugerând că acestea au fost „preinactivate” la potențiale negative, în concordanță cu ipoteza că activarea DIV S4 este suficientă pentru SSI și că mutația „preactivează” segmentul DIV S4. În al doilea rând, canalele DIV CN au prezentat, de asemenea, o intrare accelerată și aproape instantanee în stări de inactivare rapidă, așa cum a fost determinată de un protocol cu două impulsuri pentru a evita contribuția latențelor de activare (Aldrich et al., 1983). În al treilea rând, odată inactivate, canalele DIV CN au întârziat să părăsească stările neconductoare, iar odată inițiate, recuperarea din inactivare a fost semnificativ încetinită. În al patrulea rând, toate aceste trei rezultate experimentale ar putea fi recapitulate de un model al pornirii canalelor de sodiu prin care inactivarea, fie din stări deschise, fie din stări închise, este inițiată de mișcarea DIV S4, după care o particulă de inactivare se poate lega printr-o etapă slab dependentă de tensiune. În ciuda ridului că mutația tripletului QQQ poate afecta funcțional fiecare segment S4 în mod diferit, datele au produs un rezultat clar și, împreună cu lucrările anterioare, susțin ideea că, deși toți cei patru senzori de tensiune se activează în deschiderea canalului, activarea DIV S4 singură este suficientă pentru inițierea atât a SSI rapidă, cât și a SSI, așa cum este descrisă în Fig. 1. Pentru simplitate, activarea stocastică a DIV-DIII VDS sunt combinate ca un singur pas care se termină cu deschiderea canalului, așa cum se arată pe traseul din partea dreaptă. Activarea ulterioară a DIV VSD duce la conformații suplimentare ale porilor (Goldschen-Ohm et al., 2013) și la eventuala activare a inactivării rapide, în partea dreaptă jos. Contribuțiile speculative ale domeniilor implicate în SSI reprezentate în stânga sunt descrise în legendă și trec printr-o serie de conformații silențioase din punct de vedere electric (Horn et al., 1981). Inactivarea din stări deschise sau închise produce o conformație neconductoare comună? O posibilitate netestată, dar convingătoare, este aceea că activarea DIV S4 promovează o conformație a porului care este permisivă pentru inactivare prin legarea unor regiuni ale canalului, cum ar fi tripleta de legătură DIII-IV a reziduurilor IFM, despre care s-a demonstrat că perturbă inactivarea atunci când sunt mutate (West et al., 1992). În cazul inactivării în stare închisă, activarea DIV S4 și conformațiile ulterioare ar fi silențioase din punct de vedere electric, dar ar putea totuși să împărtășească o conformație inactivată similară cu cea a canalelor cu inactivare rapidă. Cu toate acestea, este, de asemenea, posibil ca, la fel ca în cazul canalelor de potasiu deschise la tensiune, regiuni distincte ale porilor să fie utilizate pentru diferite tipuri de inactivare (Choi et al., 1991). Deși datele sunt în concordanță cu ideea că DIV S4 reprezintă un singur comutator molecular pentru inactivarea în stare închisă și deschisă, sunt disponibile puține detalii moleculare cu privire la complexele tranzitorii formate între mișcarea DIV S4 și dezvoltarea inactivării sau locația (locațiile) regiunilor de pori putative care ar putea servi drept receptor pentru o particulă de inactivare. Într-adevăr, având în vedere numeroasele necunoscute mecaniciste în ceea ce privește inactivarea canalului de sodiu, lucrarea lui Capes et al. (2013), ca și activarea DIV S4, este doar începutul poveștii.