Cloning and sequencing of cDNAs isolated from a rat cortex cDNA library reveals that a gene family encodes several highly homologous K+ channel forming (RCK) proteins. Functional characterization of the channels expressed in Xenopus laevis oocytes following microinjection of in vitro transcribed RCK-specific RNAs shows that each of the RCK proteins forms K+ channels that differ greatly in both their functional and pharmacological properties. This suggests that the molecular basis for the diversity of voltage-gated K+ channels in mammalian brain is based, at least partly, on the expression of several RCK proteins by a family of genes and their assembly to homooligomeric K+ channels with different functional properties.

The Shaker locus of Drosophila contains a very large transcription unit. It is expressed predominantly in the nervous system by multiple, differential as well as alternative, splicing mechanisms into different, but functionally related proteins. The structure of the Shaker transcription unit and the properties of the encoded Shaker protein family provide a molecular basis for A channel diversity in excitable cells.

The development of the adult central nervous system of Drosophila requires a precise and reproducible pattern of neuroblast proliferation during postembryonic neurogenesis. We show here that mutations in the minibrain (mnb) gene cause an abnormal spacing of neuroblasts in the outer proliferation center (opc) of larval brain, with the implication that mnb opc neuroblasts produce less neuronal progeny than do wild type. As a consequence, the adult mnb brain exhibits a specific and marked size reduction of the optic lobes and central brain hemispheres. The insufficient number of distinct neurons in mnb brains is correlated with specific abnormalities in visual and olfactory behavior. The mnb gene encodes a novel, cell type-specific serine-threonine protein kinase family that is expressed and required in distinct neuroblast proliferation centers during postembryonic neurogenesis. The mnb kinases share extensive sequence similarities with kinases involved in the regulation of cell division.

The T(X, Y)V7 rearrangement in Drosophila has originally been recognized as a Shaker-like mutant because of its behavioral and electrophysiological phenotype. The gene whose expression is altered by the V7 rearrangement has been characterized. It encodes a novel Ca2+-binding protein named frequenin, which is related to recoverin and visinin. In vitro, the frequenin protein functions like recoverin as a Ca2+-sensitive guanylyl cyclase activator. Anti-frequenin antibodies stain the central and peripheral nervous system in Drosophila embryos and in larval and adult tissue sections. Frequenin appears to be particularly enriched in synapses, such as the motor nerve endings at neuromuscular junctions. Neuromuscular junctions of transgenic flies, which overexpress frequenin upon heat shock, exhibit an extraordinarily enhanced, frequency-dependent facilitation of neurotransmitter release, with properties identical to those observed in V7 junctions. We propose that frequenin represents a new element for the Ca2+-dependent modulation of synaptic efficacy.

Progressive familial heart block type I (PFHBI) is a progressive cardiac bundle branch disease in the His-Purkinje system that exhibits autosomal-dominant inheritance. In 3 branches of a large South African Afrikaner pedigree with an autosomal-dominant form of PFHBI, we identified the mutation c.19G-->A in the transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 4 gene (TRPM4) at chromosomal locus 19q13.3. This mutation predicted the amino acid substitution p.E7K in the TRPM4 amino terminus. TRPM4 encodes a Ca2+-activated nonselective cation (CAN) channel that belongs to the transient receptor potential melastatin ion channel family. Quantitative analysis of TRPM4 mRNA content in human cardiac tissue showed the highest expression level in Purkinje fibers. Cellular expression studies showed that the c.19G-->A missense mutation attenuated deSUMOylation of the TRPM4 channel. The resulting constitutive SUMOylation of the mutant TRPM4 channel impaired endocytosis and led to elevated TRPM4 channel density at the cell surface. Our data therefore revealed a gain-of-function mechanism underlying this type of familial heart block.