Probing functional mechanisms in K+ channels using unnatural mutagenesis
利用非自然诱变探索 K 通道的功能机制
基本信息
- 批准号:10241999
- 负责人:
- 金额:$ 31.72万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2009
- 资助国家:美国
- 起止时间:2009-05-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAmidesAmino AcidsArrhythmiaBinding SitesBrainCardiacChargeChemicalsComplementCoupledCrystallographyCyclic NucleotidesDiseaseElectrophysiology (science)EpilepsyEstersFamilyGoalsHeartHomologous GeneHumanHydrogenHydrogen BondingInvestigationIon ChannelIonsKnowledgeMembrane PotentialsMembrane ProteinsMethodsModificationMolecular ConformationMovementMutagenesisMutationPatternPhasePhysiologicalPhysiologyPlayPost-Translational Protein ProcessingPotassium ChannelProcessProteinsRecoveryResearchRoleSideSite-Directed MutagenesisStructureVertebral columnVoltage-Gated Potassium ChannelXenopus oocytearginyllysinecyclic-nucleotide gated ion channelsheart functioninsightinterdisciplinary approachtherapeutic developmenttherapeutic targetunnatural amino acidsvoltagevoltage gated channel
项目摘要
Voltage gated K+ (Kv) channels couple the flux of K+ to the membrane potential and play key
roles in the brain and heart. Mutations in Kv channels can cause severe diseases in humans
such as epilepsies and cardiac arrhythmias. There have been major advances in the structure
determination of Kv channels. In spite of the structural information available, there are major
questions on the functional mechanisms in Kv channels that remain unanswered. Here we
investigate the processes of voltage gating and C-type inactivation that regulate the flux of K+
through Kv channels. We use a multidisciplinary approach centered on unnatural amino acid
(UAA) mutagenesis in our investigations. UAA mutagenesis is a very powerful method for
protein modification, compared to traditional mutagenesis, because it allows a large variety of
side chain modifications and also permits the modification of the protein backbone. We use this
approach to investigate the role of the main chain H-bonds in the fourth transmembrane helix
(TM4) in voltage gating of the Shaker K+ channel and the hyperpolarization activated and cyclic
nucleotide gated ion channel HCN (aim 1). We investigate the role of ion binding sites in the
selectivity filter of the Shaker channel in C-type inactivation and we complement the functional
studies on Shaker with structural studies on the KvAP channel, an archaeal homolog of the
Shaker channel (aim 2). We also investigate the mechanism of C-type inactivation in the hERG
K+ channel, which has interesting functional differences from C-type inactivation in the Shaker
channel and is physiologically critical for normal cardiac function (Aim 3). The research
proposed is significant as it provides greater insight into the functional mechanisms of voltage
gating and C-type inactivation in Kv channels. The research is also significant as it will provide a
general strategy for using UAA mutagenesis to investigate the role of main chain H-bonds and
ion binding sites, which are important for function in many families of membrane proteins.
电压门控 K+ (Kv) 通道将 K+ 通量与膜电位耦合并发挥关键作用
在大脑和心脏中的作用。 Kv通道突变可导致人类严重疾病
例如癫痫和心律失常。结构上有了重大进步
Kv 通道的测定。尽管有可用的结构信息,但仍存在主要的
关于 Kv 通道的功能机制的问题仍未得到解答。在这里我们
研究调节 K+ 通量的电压门控和 C 型失活过程
通过Kv通道。我们采用以非天然氨基酸为中心的多学科方法
(UAA)在我们的研究中发生诱变。 UAA诱变是一种非常有效的方法
与传统的诱变相比,蛋白质修饰,因为它允许多种
侧链修饰还允许修饰蛋白质主链。我们用这个
研究第四跨膜螺旋中主链氢键作用的方法
(TM4) Shaker K+ 通道的电压门控以及超极化激活和循环
核苷酸门控离子通道 HCN(目标 1)。我们研究了离子结合位点在
C 型失活中 Shaker 通道的选择性过滤器,我们补充了功能
对 Shaker 的研究以及对 KvAP 通道的结构研究,KvAP 通道是
摇床通道(目标 2)。我们还研究了 hERG 中 C 型失活的机制
K+ 通道,与摇床中的 C 型失活有有趣的功能差异
通道,对于正常心脏功能具有重要的生理意义(目标 3)。研究
提出的建议很重要,因为它提供了对电压功能机制的更深入的了解
Kv 通道中的门控和 C 型失活。这项研究也很重要,因为它将提供
使用 UAA 诱变研究主链氢键作用的一般策略和
离子结合位点,对于许多膜蛋白家族的功能很重要。
项目成果
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