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
- 批准号:10438777
- 负责人:
- 金额:$ 42.69万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-08-15 至 2024-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAmino AcidsArrhythmiaBindingBrainBrain regionC-terminalCardiacCardiac pacemakerCardiovascular DiseasesCationsCryoelectron MicroscopyCyclic AMPCyclic NucleotidesCytoplasmic TailDataDetergentsDiseaseDrug TargetingDrug or chemical Tissue DistributionElectronsElectrophysiology (science)EpilepsyExhibitsGenerationsGenesGeneticGenetic DiseasesGoalsHCN1 geneHCN4 geneHealthHeartHeart DiseasesHormonesHumanIndividualKineticsLaboratoriesLigandsMediatingMembraneMicroscopicModelingMutationN-terminalNatureNeuronsPathogenicityPatientsPhenotypePhysiologicalPlayPropertyProtein IsoformsProteinsPublishingResolutionRoleSpecificityStructureTertiary Protein StructureTestingTransmembrane DomainUreaVoltage-Gated Potassium Channelbasebiophysical propertieschildhood epilepsydesigndiphenyldisease phenotypedisease-causing mutationexperimental studygain of functionheart electrical activityinfancyinsightmutantnervous system disorderneuronal excitabilitynovelnovel therapeutic interventionparticleprotein expressionprotein functionresponsesensorsmall moleculevoltagevoltage gated channel
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.
项目概要
该项目的目标是了解 HCN 通道的门控是如何由位于
蛋白质的细胞质、细胞内部分。 HCN 通道调节心脏起搏,并且
大脑中神经元的兴奋性。它们具有电压门控 K+ 通道的一般结构,但
在膜超极化时被激活并传导向内的去极化电流。重要的是,他们的
门控通过 cAMP 与细胞内环核苷酸结合域 (CNBD) 的直接结合来调节
位于蛋白质的C末端部分。最近的结构数据还表明存在
第二个高度结构化的结构域位于蛋白质的细胞内 N 端部分,紧接在
第一个跨膜结构域(HCN 结构域)。在本研究中,我们将结合使用结构和
确定 HCN 结构域在通道门控调制中的潜在作用的功能方法,
以及 C 端 CNBD 和 N 端 HCN 结构域之间相互作用的性质。一样不同
HCN 异构体 (HCN1-4) 表现出明显不同的生物物理特性,我们将利用这些差异来
识别可能有助于调节 HCN 通道门控的关键接触点和残基。在目标 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 cAMP,并将其特征与 HCN1 的可用冷冻电镜结构进行比较。在目标 2 中,我们将
在干扰 cAMP 介导的配体存在的情况下解析 HCN4 的结构
通道开放(辅助亚基TRIP8b,联苯脲化合物BPU),并使用结构数据
通过目标 1 和 2 获得的信息,为旨在测试和解释任何推断的功能实验提供信息
结构/功能关系模型。最后,在目标 3 中,我们将使用冷冻电镜和
功能研究,研究遗传性癫痫患者中发现的选定 HCN1 和 HCN4 突变
心律失常。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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