Strukturbasierte Untersuchung der Schaltmechanismen in Kir Kanälen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde der strukturelle „gating-pathway“ in dem pH-empfindlichen Kir Kanal Kir1.1 untersucht. Zu Beginn des Projekts war die Struktur eines geöffneten Kir Kanals nicht bekannt, und es sollte ein Strukturmodell dieses Zustands durch eine Kombination von Homologiemodellierung und verschiedener funktioneller Assays erstellt werden. Nach Start des Projekts wurde die Struktur eines geöffneten und eines „pre-open“ Kir Kanal publiziert, das Projekt daraufhin modifiziert und die energetische Stabilität des „gating-pathways“ vom geschlossenen über den pre-open bis zum geöffneten Zustand im Kir1.1 Kanal untersucht. Durch elektrophysiologische und strukturelle Analyse von über 200 Punktmutationen konnte ein großes Netzwerk von interagierenden Aminosäuren identifiziert werden, das das pH Schaltverhalten im Kir1.1 Kanal bestimmt. Dieses Netzwerk war zustandsabhängig und fragmentierte beim Übergang vom geöffneten in den geschlossenen Zustand. Das Netzwerk hatte großen Einfluss auf die Wirkung von Punktmutationen und führte zu einer thermodynamischen Kopplung von Aminosäuren, die weit voneinander entfernt im Protein lokalisiert waren. Des Weiteren wurden neue Erkenntnisse über die Kinetik des pH Schaltverhaltens und die Struktur des Übergangszustands im Reaktionsschema des pH-Schaltmechanismus in Kir1.1 Kanälen gewonnen. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben Implikationen für das Verständnis der Schaltmechanismen in allosterischen Proteinen im Generellen, da sie aufzeigen, wie sich Aminosäurenetzwerke in multimeren Proteinen verhalten, wenn globale strukturelle Veränderungen nach Ligandenbindung oder lokale Punktmutationen diese Netzwerke verändern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014) Insights into the structural nature of the transition state in the Kir channel gating pathway. Channels (Austin) 8, 551-555
Fowler, P. W., Bollepalli, M. K., Rapedius, M., Nematian-Ardestani, E., Shang, L., Sansom, M. S., Tucker, S. J., and Baukrowitz, T.
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(2014) State-dependent network connectivity determines gating in a K+ channel. Structure 22, 1037-1046
Bollepalli, M. K., Fowler, P. W., Rapedius, M., Shang, L., Sansom, M. S., Tucker, S. J., and Baukrowitz, T.
