Correlations: Structure-Dynamics-Function in Channels

相关性:通道中的结构-动力学-功能

基本信息

  • 批准号:
    8711160
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1987
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1987-01-01 至 2015-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): M2 protein in the influenza A membrane coat is a known drug target. Unfortunately, the S31N mutation has caused widespread drug resistance in H3N2 since 2006 and in the recent H1N1 swine flu pandemic. Excellent progress has been made in understanding the H+ transport activity of this protein through characterizations of truncated versions of M2 that form partially functional transporters. At the heart of this tetrameric protein are four histidine residues that have been shown to have unique chemical properties responsible for the acid activation of the pore and suspected of being directly involved in the transporter mechanism for H+ conductance. Drug binding in the pore dramatically influences the pKas of the histidine residues, displaces waters that facilitate helix kinking, and induces the closure of the Val27 secondary gate. Studies of the M2 truncates have been complicated by membrane mimetic environments used for structural characterization. The comparison of structures obtained by x-ray crystallography, solution NMR and solid state NMR spectroscopy clearly show that the environment has a substantial influence upon secondary, tertiary, and quaternary levels of protein structure. Here, structural, dynamical, and functional characterizations of the full-length protein will all be performed in bilayers having a lipid composition similar to that of the viral membrane. Liposome and oocyte assays of H+ conductance, magic angle spinning and aligned sample solid state NMR spectroscopy, and molecular dynamics simulations will be performed using nearly identical environments for the full-length M2 protein. High-resolution complete (backbone and sidechains) structural characterizations as a function of pH and in the presence and absence of drug will be achieved. This structural data will be coupled with conductance assays and molecular dynamics simulations to achieve a quantitative atomistic mechanism for selective proton conductance and acid activation. Similarly, data from the S31N mutant and in the presence and absence of amantadine will be combined to reach a detailed understanding of how the drug blocks conductance in the wild-type protein but not in the S31N mutant. Detailed functional understanding at this level is difficult to achieve for a membrane protein. Here, a proven interdisciplinary team will meet this challenge for a proven drug target that could once again be an important factor in the defense against a deadly influenza pandemic.
描述(由申请人提供):甲型流感病毒膜衣中的M2蛋白是已知的药物靶点。不幸的是,自 2006 年以来,S31N 突变已导致 H3N2 和最近的 H1N1 猪流感大流行中广泛出现耐药性。通过形成部分功能性转运蛋白的截短版本 M2 的表征,在了解该蛋白质的 H+ 转运活性方面取得了巨大进展。这种四聚体蛋白的核心是四个组氨酸残基,它们已被证明具有独特的化学性质,负责孔的酸活化,并怀疑直接参与 H+ 电导的转运机制。孔中的药物结合显着影响组氨酸残基的 pKa,置换促进螺旋扭结的水,并诱导 Val27 二级门的关闭。由于用于结构表征的膜模拟环境,M2 截短物的研究变得复杂。通过X射线晶体学、溶液核磁共振和固态核磁共振波谱获得的结构的比较清楚地表明环境对蛋白质结构的二级、三级和四级结构具有显着影响。在这里,全长蛋白质的结构、动力学和功能表征都将在具有与病毒膜相似的脂质组成的双层中进行。 H+电导的脂质体和卵母细胞测定、魔角旋转和对齐样品固态核磁共振波谱以及分子动力学模拟将使用全长 M2 蛋白几乎相同的环境进行。将实现作为 pH 函数以及存在和不存在药物的高分辨率完整(主链和侧链)结构表征。该结构数据将与电导测定和分子动力学模拟相结合,以实现选择性质子电导和酸活化的定量原子机制。同样,来自 S31N 突变体以及金刚烷胺存在和不存在的数据将被结合起来,以详细了解该药物如何阻断野生型蛋白的电导,但不阻断 S31N 突变体的电导。对于膜蛋白来说,很难在这个水平上实现详细的功能理解。在这里,一个经过验证的跨学科团队将迎接这一挑战,寻找经过验证的药物靶点,该靶点可能再次成为防御致命流感大流行的重要因素。

项目成果

期刊论文数量(107)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Observation of the Imidazole-Imidazolium Hydrogen Bonds Responsible for Selective Proton Conductance in the Influenza A M2 Channel.
Polypeptide conformational space. Dynamics by solution NMR disorder by X-ray crystallography.
多肽构象空间。
  • DOI:
    10.1006/jmbi.1994.1518
  • 发表时间:
    1994
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Pascal,SM;Cross,TA
  • 通讯作者:
    Cross,TA
Tryptophan hydrogen bonding and electric dipole moments: functional roles in the gramicidin channel and implications for membrane proteins.
色氨酸氢键和电偶极矩:短杆菌肽通道中的功能作用及其对膜蛋白的影响。
  • DOI:
    10.1021/bi00043a020
  • 发表时间:
    1995
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Hu,W;Cross,TA
  • 通讯作者:
    Cross,TA
Solid-state nuclear magnetic resonance derived model for dynamics in the polypeptide backbone of the gramicidin A channel.
固态核磁共振衍生的短杆菌肽 A 通道多肽主链动力学模型。
  • DOI:
    10.1016/0022-2836(91)90706-c
  • 发表时间:
    1991
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Nicholson,LK;Teng,Q;Cross,TA
  • 通讯作者:
    Cross,TA
Molecular dynamics simulation of continuous current flow through a model biological membrane channel.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.86.2467
  • 发表时间:
    2001-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    P. Crozier;R. L. Rowley;N. B. Holladay;D. Henderson;D. Busath
  • 通讯作者:
    P. Crozier;R. L. Rowley;N. B. Holladay;D. Henderson;D. Busath
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