Structural Studies of Ion Channel Assembly and Signaling Complexes

项目概要/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， 调控 我们的研究重点是揭示调制的基础架构基础， 电压门控离子通道（VGIC）超家族的范例类，并寻求解决基本的 通道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Kv 7电压门控钾通道和BacNaV细菌 电压门控钠通道，共享一个共同的细胞质结构域架构，其中孔域 和一个四股卷曲螺旋框架，一个亚稳态膜近端结构域，作为一个受体， 调制信号 我们的目标是了解这些亚稳结构域如何感知来自钙离子的输入， Kv 7s中的传感器钙调素和BacNaVs中的温度传感器钙调素，并将信号传输到通道孔。 的 在不同的VGIC中，相似的细胞内元件的流行表明， 这些研究将在确定这些细胞内模块如何形成通道响应方面具有广泛的影响。一 第二个努力是针对定义一类细胞内溶酶体VGIC的结构，称为 双孔通道（TPC），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。 示范VGIC的基本结构框架的评估对于理解如何 这些和其他VGIC被整合到细胞内信号通路中，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的方法，包括 生物化学、生物物理学、X射线晶体学和低温电子显微镜研究，以探测结构和 电生理测量来解剖功能。 由于它们在人体生理学中的重要作用， VGIC是用于治疗心律失常、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， 在原子水平上的详细行动将大大有助于开发有价值的治疗剂， 人类疾病的范围。

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.