神經元之間通過動作電位進行交流對於神經系統執行其功能而言是必要的。多項研究已證實動作電位是在軸突起始段啟動的。軸突起始段中的主要蛋白是電壓門控鈉離子通道（Nav）、電壓門控鉀離子通道（Kv）、微管、酪蛋白激酶2和錨蛋白G。
神經元傳遞的任何改變都可能引起各種神經系統疾病，例如阿爾茨海默病、癲癇、精神分裂症和躁鬱症。多項研究表明阿爾茨海默病與軸突起始段蛋白的相關性，並顯示了阿爾茨海默病腦樣本中錨蛋白G和Nav通道的缺失。此外，軸突起始段結構中錨蛋白G的喪失可能通過改變分子運動的功能來幹擾神經元內的蛋白運輸，從而在阿爾茨海默病發病中起關鍵作用 。
動作電位啟動與軸突起始段中大量的Nav通道有關，這些通道在其積累在軸突起始段中之前在其絲氨酸位點被酪蛋白激酶2磷酸化。此外，錨蛋白G在該區域募集了磷酸化的Nav通道。磷酸化通道，酪蛋白激酶2和錨蛋白G的動力學將對動作電位啟動起關鍵作用，並且這些相互作用的任何損害都可能解釋了錨蛋白G與阿爾茨海默病發病機制的聯繫。因此，紐西蘭林肯大學的Piyush Bhardwaj等建立了一個數學模型，以研究Nav通道積累到軸突起始段中之前酪蛋白激酶2的Nav通道絲氨酸特異性磷酸化的作用。此外，還測試了酪蛋白激酶2和錨蛋白G初始濃度的變化對軸突起始段Nav通道積累的影響。
結果表明，在Nav通道中所有絲氨酸位點存在酪蛋白激酶2介導的磷酸化作用時，Nav通道與錨蛋白G之間的結合具有很強的結合親和力。結果顯示了酪蛋白激酶2和錨蛋白G初始濃度對Nav通道募集的意義。由仿真結果可見，較低的酪蛋白激酶2和錨蛋白G初始水平降低了軸突起始段 Nav通道的數量。在低水平的酪蛋白激酶2下，Nav通道未完全磷酸化，從而削弱了Nav通道與錨蛋白G之間的結合。此外，在低的錨蛋白G濃度下，軸突起始段結構組裝體被拆除，這可能會導致難以正確運輸蛋白到Nav通道等軸突起始段中。低水平的Nav通道會增加啟動動作電位所需的電壓。總體而言，這些結果表明軸突起始段蛋白與阿爾茨海默病發病機制有很強的聯繫。關於阿爾茨海默病大腦中軸突起始段相關酪蛋白激酶2活性水平的研究可能為確定酪蛋白激酶2在阿爾茨海默病發病機制中的作用提供線索。
上述研究結果發表於《中國神經再生研究（英文版）》雜誌2021年第4期。
文章摘要： 存在高密度軸突起始段蛋白電壓門控鈉離子通道（Nav）的軸突起始段對於動作電位的啟動至關重要。Nav通道包含幾個絲氨酸殘基，這些殘基負責通過與錨蛋白G的相互作用將Nav通道聚積到軸突起始段的結構中。此次進行了一系列計算模擬研究，以了解軸突起始段蛋白酪蛋白激酶2和錨蛋白G在Nav聚積到軸突起始段中的作用。使用虛擬細胞軟體的計算模擬結果表明，具有所有可用於磷酸化的絲氨酸位點的Nav通道以強親和力與錨蛋白G結合。在較低的錨蛋白G和酪蛋白激酶2初始濃度下，Nav的濃度明顯降低，這表明了酪蛋白激酶2和錨蛋白G在Nav通道聚積中的重要性。
文章來源：Bhardwaj P, Kulasiri D, Samarasinghe S (2021) Modeling protein-protein interactions in axon initial segment to understand their potential impact on action potential initiation. Neural Regen Res 16(4):700-706.