DE NOVO DESIGN OF FUNCTIONAL CHANNEL PROTEINS

功能通道蛋白的从头设计

基本信息

  • 批准号:
    6180475
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 26.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1993
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1993-08-10 至 2003-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Channel proteins, a special class of membrane proteins which mediate cell signaling, are pivotal control elements of cellular homeostasis. Their dysfunction leads to disease processes and they constitute a prime target for drug intervention. The ultimate goal is to understand the fundamental principles underlying their molecular design. The immediate objective is to establish the occurrence of minimum units of structure with specific functional attributes as a tractable approach to investigate the sequence-structure determinism. The novelty of the strategy resides in the notion of a discrete modular assembly based on the premise that small, independently folded modules may be stable in the absence of the entire channel protein and that structure determination of such isolated modules reconstituted in lipid bilayers is feasible and realistic. Specifically, the program is focused on voltage- gated channel proteins. The strategy considers that given the primary structure of channel proteins it may be possible to identify functional modules associated with the ionic pore and the voltage sensor, and that such sequences may fold predictably into stable motifs that will retrieve the permeation and gating properties which are characteristic of intact channels. Sequence analysis and conformational energy calculations guide the designs. Proteins are produced by expression in bacteria of synthetic genes encoding the designed channel proteins. Channel properties are established by reconstitution of designed proteins in lipid bilayers and by heterologous expression of cDNAs encoding the proteins in amphibian oocytes. Ionic current measurements provide an assay of the permeation properties and of the voltage-dependent regulation of the probability of the channel residing in the open or closed states. Displacement current measurements probe the conformational transitions between states. Protein structure is determine by multidimensional NMR spectroscopy of isotopically labeled proteins in deuterated detergent micelles and by solid-state NMR in oriented phospholipid bilayer lamellae. Structure- function relations are developed by the convergence of structural information with the characterization of channel function. Site-specific replacements assist in refining a structure-function map. The ultimate test of a successful design is recapitulation of functional attributes of the whole protein by assembling it from independent modules. The development of a repertoire of modules, that by combination and permutation may generate functional diversity, is exciting and realistic. These discoveries may contribute clues to understand mechanisms of disease and provide structural blueprints for drug design.
通道蛋白,一种特殊的膜蛋白,介导 细胞信号传导是细胞稳态的关键控制元件。 它们的功能障碍导致疾病过程,它们构成 药物干预的主要目标。 最终目标是了解 其分子设计基础的基本原则。 这 直接目标是确定最低单位的发生 具有特定功能属性的结构作为一种可拖动的方法 研究序列结构的决定论。 新奇 策略属于基于离散模块化组装的概念 小,独立折叠模块的前提可能是稳定的 整个通道蛋白的不存在和该结构 确定在脂质双层中重组的这种孤立模块是 可行和现实。 具体而言,该程序的重​​点是电压 - 门控通道蛋白。 策略考虑了鉴于主要的 通道蛋白的结构可能可以识别功能 与离子孔和电压传感器相关的模块,以及 这样的序列可能可以预见地折叠成稳定的基序 检索特征的渗透和门控特性 完整的通道。 序列分析和构象能 计算指导设计。 蛋白质是通过表达在 编码设计的通道蛋白的合成基因的细菌。 通过重新建立设计,建立了渠道属性 脂质双层中的蛋白质和通过cDNA的异源表达 编码两栖动物卵母细胞中的蛋白质。 离子电流 测量提供了渗透特性和 通道概率的电压依赖性调节 居住在公开或封闭状态。 位移电流 测量探测状态之间的构象转变。 蛋白质结构是通过多维NMR光谱确定的 氘化洗涤剂胶束中的同位素标记的蛋白质以及 定向磷脂双层薄片中的固态NMR。 结构- 功能关系是由结构的收敛开发的 通道功能表征的信息。 特定地点 更换有助于完善结构功能图。 最终 成功设计的测试是对功能属性的概括 整个蛋白质通过从独立模块中组装而成。这 通过组合和 排列可能会产生功能多样性,令人兴奋和现实。 这些发现可能有助于了解 疾病并为药物设计提供结构性蓝图。

项目成果

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