Structural Studies of Ion Channel Assembly and Signaling Complexes

离子通道组装和信号复合物的结构研究

• 批准号: 9318758
• 负责人: DANIEL L MINOR
• 金额: $ 54.37万
• 依托单位: UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN FRANCISCO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2005-07-01 至 2022-01-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9318758
• 关键词: Address; Adopted; Affect; Antibodies; Architecture; Arrhythmia; Biochemical; Biophysics; C-terminal; Calcium; Calmodulin; Calorimetry; Cardiovascular Diseases; Cardiovascular system; Cell membrane; Code; Complex; Congestive Heart Failure; Cytoplasmic Tail; Development; Disease; Dissection; Drug Targeting; Drug usage; Electron Spin Resonance Spectroscopy; Electrons; Electrophysiology (science); Elements; Epilepsy; Family; Foundations; G protein coupled receptor kinase; Gated Ion Channel; Goals; Human; Hypertension; Ion Channel; Ion Channel Gating; Knowledge; Length; Macromolecular Complexes; Measurement; Membrane; Molecular; Molecular Conformation; Mood Disorders; Mutagenesis; Mutation; Neck; Nervous system structure; Pain; Phage Display; Physiology; Prevalence; Property; Protein Engineering; Reaction; Regulation; Resolution; Rest; Roentgen Rays; Role; Shapes; Signal Pathway; Signal Transduction; Signaling Protein; Sodium Channel; Structure; TRP channel; Temperature; Testing; Therapeutic Agents; Titrations; Voltage-Gated Potassium Channel; Work; X-Ray Crystallography; base; chronic pain; interdisciplinary approach; member; mutant; novel; particle; response; sensor; voltage; voltage gated channel

Project Summary/Abstract  The long‐term goals of this project are to develop a high‐resolution understanding of ion channel function and  regulation.  Our  studies  focus  on  uncovering  the  architectural  foundations  that  underlie  the  modulation  of  exemplar classes from the voltage‐gated ion channel (VGIC) superfamily and seek to address the fundamental  question  of  how  conformational  changes  in  channel  intracellular  domains  control  and  shape  VGIC  function.  Many  VGIC  superfamily  members,  including  Kv7  voltage‐gated  potassium  channels  and  BacNaV  bacterial  voltage‐gated sodium channels, share a common cytoplasmic domain architecture in which the pore domain  and  a  four‐stranded  coiled‐coil  frame  a  metastable  membrane  proximal  domain  that  acts  as  a  receiver  for  modulatory  signals.  We  aim  to  understand  how  such  metastable  domains  sense  inputs  from  the  calcium  sensor  calmodulin  in  Kv7s  and  from  temperature  in  BacNaVs  and  transmit  signals  to  the  channel  pore.  The  prevalence  of  similar  intracellular  elements  among  diverse  VGICs  suggests  that  the  principles  derived  from  these studies will have broad impact in defining how such intracellular modules shape channel responses. A  second effort is directed at defining the architecture of a class of intracellular endolysosomal VGICs known as  Two‐Pore‐Channels (TPCs) and that have limited structural characterization. These channels possess a unique  tandem  transmembrane  architecture  and  respond  to  a  variety  of  intracellular  signals,  including  calcium.  Elaboration  of  the  underlying  structural  framework  of  exemplar  VGICs  is  essential  for  understanding  how  these and other VGICs are integrated into intracellular signaling pathways and for developing novel ways to  intervene  to  control  channel  function.  Our  efforts  encompass  a  multidisciplinary  approach  that  includes  biochemical,  biophysical,  X‐ray  crystallographic,  and  cryo‐electronmicroscopy  studies  to  probe  structure  and  electrophysiological  measurements  to  dissect  function.  Because  of  their  important  role  in  human  physiology,  VGICs  are  the  targets  for  drugs  with  great  utility  for  the  treatment  of  cardiac  arrhythmias,  hypertension,  congestive heart failure, epilepsy, and chronic pain. Thus, understanding their structures and mechanisms of  action  at  atomic  level  detail  should  greatly  assist  the  development  of  valuable  therapeutic  agents  for  a  wide  range of human ailments.

项目摘要/摘要  该项目的长期目标是发展对离子通道功能的高分辨率理解和  规定。  我们的研究重点是揭示调制背后的建筑基础  来自电压门控离子通道 (VGIC) 超家族的示例类，并寻求解决基本问题  通道细胞内结构域的构象变化如何控制和塑造 VGIC 功能的问题。  许多 VGIC 超家族成员，包括 Kv7 电压门控钾通道和 BacNaV 细菌  电压门控钠通道具有共同的细胞质结构域，其中孔结构域  和一个四链卷曲螺旋框架，一个亚稳态膜近端域，充当接收器  调制信号。  我们的目标是了解这些亚稳态域如何感知来自钙的输入  Kv7s 中的传感器钙调蛋白和 BacNaVs 中的温度传感器，并将信号传输到通道孔。  这  相似的细胞内元素在不同的 VGIC 中普遍存在，这表明这些原理源自  这些研究将对定义此类细胞内模块如何塑造通道反应产生广泛的影响。 一个  第二项努力旨在定义一类细胞内内溶酶体 VGIC 的结构，称为  双孔通道 (TPC) 和结构表征有限。 这些渠道拥有独特的  串联跨膜结构并响应各种细胞内信号，包括钙。  详细阐述示例 VGIC 的底层结构框架对于理解如何实现这一点至关重要  这些和其他 VGIC 被整合到细胞内信号传导途径中，并用于开发新的方法  干预以控制通道功能。  我们的努力包括多学科方法，其中包括  生物化学、生物物理、X 射线晶体学和冷冻电子显微镜研究，以探测结构和  电生理测量来剖析功能。  由于它们在人类生理学中的重要作用，  VGIC 是治疗心律失常、高血压、  充血性心力衰竭、癫痫和慢性疼痛。 因此，了解它们的结构和机制  原子水平细节的行动应该极大地帮助开发有价值的治疗剂，用于广泛的治疗  一系列人类疾病。