Probing the structure and function of the intracellular domain of cys-loop receptors

探讨cys环受体胞内结构域的结构和功能

基本信息

项目摘要

Project Summary Pentameric ligand-gated ion channels (pLGICs), also called Cys-loop receptors in eukaryotes, include the receptors for acetylcholine, serotonin, GABA and glycine. They are involved in numerous neuropsychiatric, neurologic, and inflammatory diseases. All Cys-loop receptor family members in metazoans contain three structural domains: an extracellular domain (ECD), a transmembrane domain (TMD), and an intracellular domain (ICD). The ECD and TMD are architecturally conserved between receptor families. The ICD is poorly conserved in both length and amino-acid composition and, for many subunits, contains large regions of predicted structural disorder. Due to the challenge of working with the ICDs of pentameric receptors, they have been essentially overlooked in terms of rigorous mechanistic characterization and direct exploration as pharmacological targets. The ICD is involved in finetuning plasma membrane expression levels, targeting, and function, in part mediated by protein-protein interactions (PPI) for example with chaperones. We envision that mechanistic knowledge of chaperone-mediated modulation will uncover new PPI drug targets. Through our published studies of the ICD we defined a linker that allowed for structure determination of the first in class structures of homo- and heteropentameric GABAA receptors. We also established that the ICD alone assembles into pentamers, establishing a novel role for the ICD in oligomeric assembly. Here, we propose a multi-layered approach leveraging both soluble ICD chimeras and full-length receptors together with results obtained during the previous funding period in careful consideration of recently-published pLGIC structures. We discovered that the resistance to inhibitors of choline esterase (Ric-3) chaperone binds to a 24-amino acid L1-MX segment of 5-HT3A subunits. With the new proposed specific aims (SA) we will: (SA1) determine the role of the L1-MX segment in RIC-3 modulation of cationic pLGIC assembly, (SA2) identify novel protein-protein interactions mediated via cationic ICDs, and (SA3) characterize the mechanism by which opening of cation-conducting pLGICs involves translocation of the L1-MX segment through the MA-helix framed portals. In each aim, we will use biochemical and electrophysiological methods, coupled with overexpressed and purified proteins or proteins in their cellular environment. We anticipate that our studies will provide the basis for a novel class of targets for therapeutic development, PPI modulators for pentameric channel intracellular domains.
项目概要 五聚体配体门控离子通道 (pLGIC),在真核生物中也称为 Cys 环受体,包括 乙酰胆碱、血清素、GABA 和甘氨酸受体。他们参与了许多神经精神学、 神经系统疾病和炎症疾病。后生动物中的所有 Cys 环受体家族成员都含有三个 结构域:胞外域(ECD)、跨膜域(TMD)和胞内域 (ICD)。 ECD 和 TMD 在受体家族之间在结构上是保守的。 ICD 保存较差 在长度和氨基酸组成上,对于许多亚基来说,包含大面积的预测结构区域 紊乱。由于使用五聚体受体 ICD 的挑战,它们本质上是 在严格的机制表征和作为药理学目标的直接探索方面被忽视。 ICD 参与微调质膜表达水平、靶向和功能,部分介导 通过蛋白质-蛋白质相互作用(PPI),例如与伴侣的相互作用。我们设想机械知识 伴侣介导的调节将发现新的 PPI 药物靶点。通过我们发表的 ICD 研究 我们定义了一个连接器,可以确定同源和同源类结构中的第一个结构 异五聚体 GABAA 受体。我们还确定 ICD 单独组装成五聚体, 确立了 ICD 在寡聚体组装中的新作用。在这里,我们提出了一种多层方法 利用可溶性 ICD 嵌合体和全长受体以及在 之前的资助期仔细考虑了最近发布的 pLGIC 结构。我们发现 对胆碱酯酶 (Ric-3) 抑制剂的抗性 分子伴侣与 5-HT3A 的 24 个氨基酸 L1-MX 片段结合 亚单位。根据新提出的具体目标 (SA),我们将: (SA1) 确定 L1-MX 部分在 RIC-3 调节阳离子 pLGIC 组装,(SA2) 鉴定通过介导的新型蛋白质-蛋白质相互作用 阳离子ICD,和(SA3)表征了阳离子传导pLGIC的打开涉及的机制 L1-MX 段通过 MA 螺旋框架门户易位。在每个目标中,我们都会使用生化 和电生理学方法,加上过表达和纯化的蛋白质或细胞中的蛋白质 环境。我们预计我们的研究将为一类新型治疗靶点提供基础 开发五聚体通道胞内结构域的 PPI 调节剂。

项目成果

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