Structural studies of HCN channels in health and disease

HCN通道在健康和疾病中的结构研究

基本信息

项目摘要

Project Summary The goal of this project is to understand how the gating of HCN channels is regulated by domains located in the cytoplasmic, intracellular portion of the protein. HCN channels regulate pacemaking in the heart, and neuronal excitability in the brain. They have the general structure of voltage-gated K+ channels, but are activated upon membrane hyperpolarization and conduct an inward, depolarizing current. Importantly, their gating is modulated by the direct binding of cAMP to an intracellular cyclic-nucleotide binding domain (CNBD) located in the C-terminal portion of the protein. Recent structural data have also revealed the presence of a second, highly structured domain in the intracellular N-terminal portion of the protein, immediately preceding the first transmembrane domain (HCN domain). In this study, we will use a combination of structural and functional approaches to determine the potential role of the HCN domain in the modulation of channel gating, and the nature of the interactions between the C-terminal CNBD and N-terminal HCN domain. As different HCN isoforms (HCN1-4) exhibit markedly distinct biophysical properties, we will exploit these differences to identify key contacts and residues that may contribute to modulate the gating of HCN channels. In Aim 1, we will use cryo-electron microscopy (cryoEM) to determine the structure of the HCN4 isoform, in the presence and absence of cAMP, and compare its features to the available cryoEM structure of HCN1. In Aim 2, we will resolve the structure of HCN4 in the presence of ligands that interfere with the cAMP-mediated facilitation of channel opening (auxiliary subunit TRIP8b, biphenylurea compound BPU), and use the structural data acquired through Aims 1 and 2 to inform functional experiments designed to test and interpret any inferred model of structure/function relation. Finally, in Aim 3, we will use a similar combination of cryoEM and functional studies to study select HCN1 and HCN4 mutations found in patients with genetic epilepsy and cardiac arrhythmias.
项目摘要 该项目的目的是了解HCN通道的门控如何受到位于 蛋白质的细胞质,细胞内部分。 HCN通道调节心脏中的起搏,并 大脑中的神经元兴奋性。它们具有电压门控的K+通道的一般结构,但 在膜超极化上激活并进行内向,去极化电流。重要的是,他们的 cAMP与细胞内环形核苷酸结合结构域(CNBD)的直接结合来调节门控 位于蛋白质的C末端部分。最近的结构数据也揭示了存在 其次,在蛋白质的细胞内N末端部分中高度结构化结构域,紧接 第一个跨膜结构域(HCN域)。在这项研究中,我们将结合结构和 确定HCN结构域在通道门控的调制中的潜在作用的功能方法, 以及C末端CNBD和N端HCN结构域之间相互作用的性质。与众不同 HCN同工型(HCN1-4)具有明显不同的生物物理特性,我们将这些差异利用 确定可能有助于调节HCN通道门控的关键接触和残基。在AIM 1中,我们 将使用冷冻电子显微镜(Cryoem)确定HCN4同工型的结构 和缺乏营地,并将其特征与HCN1的冷冻结构进行比较。在AIM 2中,我们将 在存在干扰营地介导的促进的配体的情况下解决HCN4的结构 通道开口(辅助亚基Tir8b,biphenylurea bpu),并使用结构数据 通过目标1和2获取,以告知旨在测试和解释任何推断的功能实验 结构/功能关系的模型。最后,在AIM 3中,我们将使用类似的冷冻和 在遗传癫痫患者和 心律不齐。

项目成果

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