Dynamic structural rearrangements of ion channels and receptors dependent on expression density.

离子通道和受体的动态结构重排取决于表达密度。

• 批准号: 16390052
• 负责人: KUBO Yoshihiro
• 金额: $ 8.83万
• 依托单位: National Institute for Physiological Sciences
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16390052/
• 关键词: ATP receptor; P2X; single particle structure analysis; phospholipids; structural rearrangement; FRET; structure-function relationship; functional ragulation; 膜電位依存性; ゲート機構; ATP受容体チャネル; P2X2; バキュウロウイルス; Sf9細胞

Our aim of research is to elucidate the mechanisms of the environment dependent changes of ion channels and receptor function and to know their dynamic structural rearrangements. During the period of this grant, we have conducted four specific researches in the following. [1]We, for the first time, observed that the pore properties and the ligand sensitivity of ATP receptor channel P2X2 change depending on "the open channel density on the membrane" probably by mutual interaction between them. We also uncovered by systematic mutagenesis study that Ile328 in the second transmembrane region is critical for the expression density dependent changes. [2]We purified recombinant protein of P2X2 by baculo virus - Sf9 cell expression system, and carried out stoichiometry analyses by anchoring the recombinant proteins with glutaraldehyde. We observed that P2X2 is composed of three subunits. We also performed single particle structure analysis using the recombinant proteins, and confirmed that P2X2 is a trimeric protein which shows an inverted pyramid like structure. [3]As a possible mechanism of the density dependent changes of P2X2, we analyzed phospholipids dependency. We observed that the P2X2 function depends not on PIP2 but on PIP3, and that the dilated pore state is directly linked to the desensitized state. [4]We analyzed the structural rearrangements of the metabotropic glutamate receptor by FRET technique, and observed that the relative allocation of the dimeric subunits changes upon glutamate application. We also observed that the type of coupling G proteins of mGluR1 changes depending on the type of ligand, showing that mGluR1 is not a simple on-/off- switch but a multiple path regulator.

我们的研究目的是阐明离子通道和受体功能的环境依赖性变化的机制，并了解它们的动态结构重排。在本次资助期间，我们进行了以下四项具体研究。 [1]我们首次观察到ATP受体通道P2X2的孔特性和配体敏感性随着“膜上开放通道密度”的变化而变化，这可能是通过它们之间的相互作用而发生的。我们还通过系统诱变研究发现，第二跨膜区的 Ile328 对于表达密度依赖性变化至关重要。 [2]我们利用杆状病毒-Sf9细胞表达系统纯化了P2X2重组蛋白，并通过戊二醛锚定重组蛋白进行化学计量分析。我们观察到 P2X2 由三个亚基组成。我们还使用重组蛋白进行了单颗粒结构分析，并证实P2X2是一种三聚体蛋白，呈现倒金字塔状结构。 [3]作为 P2X2 密度依赖性变化的可能机制，我们分析了磷脂依赖性。我们观察到 P2X2 功能不依赖于 PIP2，而是依赖于 PIP3，并且扩张的孔状态与脱敏状态直接相关。 [4]我们通过FRET技术分析了代谢型谷氨酸受体的结构重排，并观察到二聚体亚基的相对分配在谷氨酸应用后发生变化。我们还观察到，mGluR1 的偶联 G 蛋白类型根据配体类型的不同而变化，表明 mGluR1 不是一个简单的开关，而是一个多路径调节器。

项目成果

代謝型グルタミン酸受容体の動的構造変化とシグナリングの多様性

代谢型谷氨酸受体的动态结构变化和信号多样性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 細胞工学 25
• 作者: 立山充博;久保義弘
• 通讯作者: 久保義弘

内向き整流性K^+ チャネルIRK1の構造機能連関とその遺伝子異常による疾患

内向整流K^+通道IRK1的结构功能关系及其遗传异常引起的疾病

• 发表时间: 2005
• 期刊: 別冊 医学のあゆみ 「イオンチャネル最前線 update」(倉智嘉久編) Suppl.215
• 作者: 久保義弘;藤原祐一郎
• 通讯作者: 藤原祐一郎

Towards a view of functioning dimeric metabotropic receptors

• DOI: 10.1016/j.conb.2005.05.011
• 发表时间: 2005-06-01
• 期刊: CURRENT OPINION IN NEUROBIOLOGY
• 影响因子: 5.7
• 作者: Kubo, Y;Tateyama, M
• 通讯作者: Tateyama, M

Density dependent changes of the pore properties of P2X_2 receptor channel.

P2X_2 受体通道的孔特性的密度依赖性变化。

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Physiology 558
• 作者: Fujiwara;Y.;Kubo;Y.
• 通讯作者: Y.

Structure-function relationship and channelopathy of inward rectifier potassium channel IRK1.

内向整流钾通道IRK1的结构功能关系和通道病变。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Igaku-no-Ayumi Suppl. 215
• 作者: Kubo;Y.;Fujiwara;Y.
• 通讯作者: Y.