Molecular mechanism of TRPV1 activation
TRPV1激活的分子机制
基本信息
- 批准号:10457897
- 负责人:
- 金额:$ 35.14万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-10 至 2023-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAddressAffectAfferent NeuronsAmberAmino AcidsArginineAsparagineAxonBindingBiologyCalciumCationsCellsChargeChemicalsCodon NucleotidesComplexComputational BiologyComputer ModelsCouplingCryoelectron MicroscopyDataDehydrationDependenceDrug DesignElectrophysiology (science)Environmental Risk FactorFaceFree EnergyHydration statusHydrophobicityHyperalgesiaHypersensitivityImageInvestigationIon ChannelIonsLeadLigand BindingLipid BindingLipidsMechanicsMedicalMembraneMicroscopicMicroscopyModelingMolecularMolecular ConformationMotionMutagenesisNatureNociceptive StimulusPainPeripheralPharmaceutical PreparationsPhosphatidylinositol 4,5-DiphosphatePhosphatidylinositolsPhospholipidsProteinsPublishingRegulationResearchRoleRotationSamplingSensorySideSiteSite-Directed MutagenesisStimulusStructureSymptomsSyndromeTRPV1 geneTechniquesTemperatureTestingTherapeuticThermodynamicsUnited StatesVertebral columnWorkalpha helixcarbonyl groupchronic paincofactorconformational conversioncostdesignexperimental studyflexibilityinorganic phosphatemolecular dynamicsnext generationnovelpain signalsensorsmall moleculesynergismtoolunnatural amino acids
项目摘要
TRPV1 is a non-selective cation channel crucially involved in transduction of nociceptive stimuli
into pain signals. Consequently, inhibition of TRPV1 is one of the major strategies for designing
next generation anti-pain drugs. One of the hallmarks of TRPV1 is its polymodal activation
profile; that is, the ability to detect and, remarkably, integrate the information from diverse
environmental factors (e.g. binding of ligands, pH and temperature) to initiate an action potential
in the peripheral ends of sensory axons. From a molecular point of view, this polymodality is the
result of the allosteric coupling between distinct sites acting as "sensors" for the diverse stimuli
and the activation gate. This project investigates the mechanism of this allosteric coupling using
computational biology (molecular dynamics, free energy calculations), state-of-the-art chemical
biology (non-natural amino acids) and electrophysiology. Three fundamental questions raised
by some of our recent research findings will guide our investigation. Aim 1 addresses the
molecular mechanism of activation of TRPV1. The working hypothesis comes from our recently
published computational work whose predictions have been, in part, already verified
experimentally. We found that hydration and dehydration of four hydrophobic pockets present in
the structure of TRPV1 affect the orientation of a conserved asparagine residue in S6; the
rotation of this side chain is, in turn, responsible for the opening of the pore. We will test this
hypothesis with an extensive set of calculations and experiments. Aim 2 Builds on the
observation that wetting/dewetting phenomena show exquisite temperature dependence and
thus provide a viable mechanism for heat activation. This aim is devoted to the quantitative
characterization of the wetting/dewetting thermodynamics and to the experimental testing of our
model using mutagenesis. Finally, Aim 3 investigates the mechanism underpinning TRPV1
regulation by PIP2. Our preliminary data suggest that this lipid favor a conformational transition
of the pore lining S6 helix from a canonical -helix to a non-canonical conformation containing a
segment of -helix. We will test this hypothesis using the combination of computational
modeling, site directed mutagenesis, whole cell and excised patch electrophysiology.
TRPV1 是一种非选择性阳离子通道,在伤害性刺激的转导中发挥着至关重要的作用
研究发现,抑制 TRPV1 是设计疼痛信号的主要策略之一。
TRPV1 的特点之一是其多模式激活。
概况;即检测和异常整合来自不同信息的能力。
启动动作电位的环境因素(例如配体的结合、pH 值和温度)
从分子的角度来看,这种多态性是感觉轴突的外周末端。
作为不同刺激的“传感器”的不同位点之间变构耦合的结果
该项目研究了这种变构耦合的机制。
计算生物学(分子动力学、自由能计算)、最先进的化学
生物学(非天然氨基酸)和电生理学提出了三个基本问题。
我们最近的一些研究结果将指导我们的调查。
TRPV1激活的分子机制来自我们最近的假设。
已发表的计算工作,其预测已部分得到验证
我们通过实验发现存在四个疏水口袋的水合和脱水。
TRPV1 的结构影响 S6 中保守的天冬酰胺残基的方向;
该侧链的旋转反过来又负责孔的打开,我们将对此进行测试。
目标 2 建立在假设的基础上,并进行了大量的计算和实验。
观察到润湿/反润湿现象表现出精致的温度依赖性和
从而提供一种可行的热激活机制。该目标致力于定量。
润湿/反润湿热力学的表征以及我们的实验测试
最后,目标 3 研究了 TRPV1 的基础机制。
我们的初步数据表明这种脂质有利于构象转变。
孔内壁 S6 螺旋从规范的 α 螺旋到包含
我们将结合计算来检验这个假设。
建模、定点诱变、全细胞和切除斑块电生理学。
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Modeling solvation effects on absorption and fluorescence spectra of indole in aqueous solution.
模拟溶剂化对水溶液中吲哚吸收和荧光光谱的影响。
- DOI:10.1063/5.0038342
- 发表时间:2021-02-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Salsabil Abou;V. Carnevale;S. Matsika
- 通讯作者:S. Matsika
Molecular Dynamics Simulations of Ion Channels.
离子通道的分子动力学模拟。
- DOI:
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:13.8
- 作者:Carnevale, Vincenzo;Delemotte, Lucie;Howard, Rebecca J
- 通讯作者:Howard, Rebecca J
Epistasis Creates Invariant Sites and Modulates the Rate of Molecular Evolution.
上位性产生不变位点并调节分子进化速率。
- DOI:
- 发表时间:2022-05-03
- 期刊:
- 影响因子:10.7
- 作者:Patel, Ravi;Carnevale, Vincenzo;Kumar, Sudhir
- 通讯作者:Kumar, Sudhir
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