MOLECULAR AND CHEMICAL DESCRIPTION OF CFTR FUNCTION

CFTR 功能的分子和化学描述

基本信息

批准号：
6624868
负责人：
PETER L PEDERSEN
金额：
$ 23.33万
依托单位：
JOHNS HOPKINS UNIVERSITY
依托单位国家：
美国
项目类别：
财政年份：
1991
资助国家：
美国
起止时间：
1991-05-01 至 2005-11-30
项目状态：
已结题

项目摘要

This proposal focuses on the protein called CFTR, mutations in which cause Cystic Fibrosis (CF), a major disease frequently characterized by chronic lung infections. CFTR is an ATP hydrolysis-dependent Cl- channel consisting of 2 membrane domains, 2 nucleotide binding folds (NBF1 plus NBF2), and an R (regulatory) domain. Most cases of CF are caused by a single mutation (deltaF508) in NBF1 which prevents CFTR from trafficking from the E.R. to the plasma membrane where, in the lung, it aids in combating infections. Early work (Science, 1991; JBC, 1992, 93, 94), supported by this grant, demonstrated that NBF1 and NBF2 bind ATP and that the deltaF508 mutation results in a folding problem. Recent work has shown that NBF1 hydrolyzes ATP (JBC, 1995), interacts with the membrane (Biochem., 1997), participates in the formation of an NBF1 plus R/NBF2 complex (In Review), and maintains the critical F508 region as an alpha-helix (In Review). Despite these important advances, essential information is lacking about the catalytic mechanism of NBF1 and NBF2, their "cross-talk" in the NBF1 plus R/NBF2 complex, and the location and role of the F508 region. For these reasons, the following 4 hypotheses will be tested: 1. ATP hydrolysis catalyzed by NBF1 or NBF2 of CFTR proceeds through a reaction pathway similar to that catalyzed by both the F1 moiety of ATP synthase/ATPase complexes and myosin. 2. The rate of ATP hydrolysis is enhanced when the 3 "soluble" domains of CFTR form a NBF1 plus R/NBF2 complex in which both NBF1 NBF2 are catalytic but function in an alternating, cooperative manner. 3. The F508 region of NBF1, which contains a potential catalytic base (E504), is flexible, and contributes to the active "ATPase" site in the NBF1 plus R/NBF2 complex but lies outside this site in NBF1 alone. 4. The deltaF508 mutation responsible for most cases of CF prevents NBF1 from undergoing an ATP-dependent conformational change while reducing the catalytic efficiency of this domain. The proposed studies are fundamental to understanding structure/function relationships within CFTR, to understanding the underlying basis of most cases of CF, and to developing new strategies to treat the disease.

该提案重点关注名为 CFTR 的蛋白质，该蛋白质的突变会导致囊性纤维化 (CF)，这是一种通常以慢性肺部感染为特征的主要疾病。 CFTR 是一种 ATP 水解依赖性 Cl- 通道，由 2 个膜结构域、2 个核苷酸结合折叠（NBF1 加 NBF2）和一个 R（调节）结构域组成。大多数 CF 病例是由 NBF1 中的单一突变 (deltaF508) 引起的，该突变阻止 CFTR 从内质网转运到质膜，在肺部，它有助于抵抗感染。此项资助支持的早期工作（Science, 1991; JBC, 1992, 93, 94）证明NBF1和NBF2结合ATP并且deltaF508突变导致折叠问题。最近的研究表明，NBF1 水解 ATP（JBC，1995），与膜相互作用（Biochem.，1997），参与 NBF1 加 R/NBF2 复合物的形成（综述中），并维持关键的 F508 区域作为α-螺旋（评论中）。尽管取得了这些重要进展，但有关 NBF1 和 NBF2 的催化机制、它们在 NBF1 加 R/NBF2 复合物中的“串扰”以及 F508 区域的位置和作用的基本信息仍然缺乏。由于这些原因，将测试以下 4 个假设： 1. CFTR 的 NBF1 或 NBF2 催化的 ATP 水解通过类似于 ATP 合酶/ATP酶复合物的 F1 部分和肌球蛋白催化的反应途径进行。 2. 当 CFTR 的 3 个“可溶”结构域形成 NBF1 加 R/NBF2 复合物时，ATP 水解速率得到提高，其中 NBF1 NBF2 均具有催化作用，但以交替、协作的方式发挥作用。 3. NBF1 的 F508 区域包含潜在的催化碱基 (E504)，是灵活的，有助于 NBF1 加 R/NBF2 复合物中的活性“ATPase”位点，但在单独的 NBF1 中位于该位点之外。 4. 导致大多数 CF 病例的 deltaF508 突变阻止 NBF1 经历 ATP 依赖性构象变化，同时降低该结构域的催化效率。拟议的研究对于理解 CFTR 内的结构/功能关系、了解大多数 CF 病例的根本基础以及开发治疗该疾病的新策略至关重要。