Structural basis of nicotinic acetylcholine receptor gating and toxin inhibition

烟碱乙酰胆碱受体门控和毒素抑制的结构基础

基本信息

  • 批准号:
    10848770
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 69.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Nicotinic acetylcholine receptors are therapeutic targets for neurodegenerative disorders, addiction, and mental illness. These pentameric ligand-gated ion channels are prototypical members of the Cys-loop receptor superfamily, which mediate fast neurotransmission throughout the central and peripheral nervous systems. Fundamental questions about nicotinic receptor biophysics and pharmacology remain, due in large part to the limited high-resolution structural information. We propose to determine high-resolution structures of two archetypal nicotinic receptor subtypes using single particle cryo-electron microscopy and investigate structure- based mechanistic hypotheses using molecular dynamics simulations and electrophysiology. Our first target is the muscle-type nicotinic receptor, the founding member of the pentameric receptor superfamily. Mutations in the channel, as well as autoimmune antibodies to the receptor, cause myasthenic syndromes. Our second target is the human α7 nicotinic receptor. α7 is exceptional among nicotinic receptors in several ways: it assembles physiologically as a homopentamer, it is expressed abundantly in the brain but also in non- electrically excitable cell types, it has a high permeability to Ca2+, and it desensitizes in microseconds. The receptor is a target in neurodegenerative disease, addiction and inflammation. We propose to use single particle cryo-electron microscopy combined with mutagenesis, electrophysiology and molecular dynamics simulations to elucidate mechanisms of channel activation, ligand recognition and ion permeation in these two distinctinctive nicotinic receptor subtypes to define general mechanisms and idiosyncratic properties.
烟碱乙酰胆碱受体是神经退行性疾病、成瘾和精神疾病的治疗靶点 这些五聚体配体门控离子通道是半胱氨酸环受体的典型成员。 超家族,介导整个中枢和周围神经系统的快速神经传递。 关于烟碱受体生物物理学和药理学的基本问题仍然存在,这在很大程度上是由于 我们建议确定两个的高分辨率结构。 使用单粒子冷冻电子显微镜研究原型烟碱受体亚型并研究结构 我们的第一个目标是使用分子动力学模拟和电生理学的机制假设。 肌肉型烟碱受体,五聚体受体超家族的创始成员。 该通道以及受体的自身免疫抗体会导致我们的第二个肌无力综合症。 靶标是人类 α7 烟碱受体 α7 在烟碱受体中具有以下几个方面的特殊性: 在生理上组装为同五聚体,它在大脑中大量表达,但也在非 电兴奋细胞类型,它对 Ca2+ 具有高渗透性,并且在微秒内脱敏。 受体是神经退行性疾病、成瘾和炎症的靶标,我们建议使用单一受体。 粒子冷冻电子显微镜结合诱变、电生理学和分子动力学 模拟以阐明这两个通道激活、配体识别和离子渗透的机制 不同的活性烟碱受体亚型来定义一般机制和特殊性质。

项目成果

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