不同钾通道SKCa孔区外庭功能多样的分子基础研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31170789
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
吴英亮
依托单位：
武汉大学
学科分类：
C0503.细胞感应与环境生物物理
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
邱溯；胡俊；胡有天；封晶；李田；汤芬芬；杨维姗；
关键词：
分子基础钾通道SKCa3 功能多样性钾通道SKCa1 钾通道SKCa2

项目摘要

细胞膜上70余钾离子通道蛋白与人重要生理病理活动密切相关。处于细胞膜外钾离子通道孔区外庭的多样序列赋予通道多样的功能，但其结构功能关系研究进展缓慢。本课题组在开展钾离子通道（Kv1.1、Kv1.2、Kv1.3、BKCa、hERG）孔区外庭结构功能研究的基础上，进一步深入开展不同钾通道SKCa孔区外庭结构功能的多样性研究。基于课题组发现钾通道SKCa3孔区外庭"多肽过滤器"全新结构特征，拟系统开展（1）钾通道SKCa1孔区外庭的结构与功能关系研究；（2）钾通道SKCa2孔区外庭的结构与功能关系研究；（3）钾通道SKCa3孔区外庭的结构与功能关系研究；（4）不同钾通道SKCa孔区外庭结构的多样性研究。这些工作将确定不同钾通道SKCa孔区外庭功能多样的结构差异，揭示钾通道SKCa孔区外庭功能多样的分子基础，加速不同类型钾通道孔区外庭结构功能的多样性研究，推进以钾通道结构为基础的分子设计与应用。

结项摘要

在项目实施期间，我们深入开展了不同钾通道SKCa（含SKCa1、SKCa2、SKCa3共3种）功能多样性的分子基础研究。发现了不同钾通道SKCa孔区部分保守的酸性残基和碱性残基通过盐桥相互作用形成了一个独特的“多肽筛选器”结构。当蝎毒素多肽键合表面含有多于3个碱性氨基酸残基，毒素多肽与钾通道SK之间由于过强的静电排斥或空间位阻原因，从而不能发生相互作用。反之，当蝎毒素多肽键合表面含有少于3个碱性氨基酸残基时，这类毒素多肽能够特异性识别钾通道SK孔区从而阻断钾通道电流。在此基础上，利用NMR测定了动物毒素多肽的空间结构，模拟了动物毒素与钾通道SKCa形成的复合物空间结构，从而深入揭示了它们对外源仅少量动物毒素多肽特异性识别的分子和结构基础。钾通道“多肽筛选器”的提出，使得我们从空间可及性和电荷排斥两个角度更加深刻认识了不同钾离子通道SK独特的结构与功能特征，也为设计靶向钾离子通道SK各亚型的特异性多肽抑制剂提供了结构和机制上的新认知。这些钾离子通道实验结果与结构特征的一致性再次表明了蝎毒素作为分子探针在钾离子通道结构与功能研究中的发挥了极其重要的贡献，也仍将促进其它钾离子通道的结构与功能研究。. 在项目执行期间，我们开展了作用钾通道SK的毒素多肽筛选与设计研究，发现了少量蝎毒素能够作用钾通道SK，通过核磁共振技术测定了多肽结构，研究了其与钾通道SK相互作用的分子机制。大部分蝎毒素具有结构与性质原因不作用钾通道SK，但能作用Kv钾通道和其它钠离子通道。通过它们相互作用研究，创新发现了蝎毒素与钾通道相互作用的新模式与新机制，从而为深入认识蝎毒素与钾通道相互作用多样性及应用奠定了重要科学基础。. 在项目执行期间，基于矛盾关系相互独立和相互依存的特点，我们创新开展了作用人源钾通道内源性多肽的研究，在国际上首次发现了作用人源钾通道的内人源多肽。结构与功能关系发现这些内源性多肽具有与蝎毒素相似的方式与分子机制抑制钾通道电流。此外，本项目发现这些内源性多肽也能抑制人T细胞膜上钾通道Kv1.3电流和细胞因子IL-2的分泌。这些创新性发现开辟了人内源性多肽与自身钾通道相互作用研究的新领域。