Structural and functional studies of urea channels

尿素通道的结构和功能研究

基本信息

  • 批准号:
    7351221
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.02万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-02-01 至 2012-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Urea is the main catabolite in mammals and an important nitrogen source for many microbes. This proposal focuses on structural and functional studies of membrane proteins that facilitate transmembrane urea transport, specifically members of the aquaporin (AQP), urea transporter (UT), and urea/amide channel (UAC) families. We are studying AQP9, which has the broadest substrate specificity among all known AQPs, UreI from Helicobacter pylori, a member of the UAC family, and the urea transporters UT-Apl from Actinobacillus pleuropneumoniae and UT-Ec from the uropathogenic E. coli strain 536. The Specific Aims of this proposal are: (i) to determine the transport kinetics of AQP9 for various solutes. We will perform stopped-flow measurements on AQP9 proteoliposomes to characterize the transport kinetics for various solutes, including water, glycerol and larger solutes. The results will determine the physiological relevance of the AQP9-mediated transport of these solutes. (ii) to solve the structure of AQP9. We have already produced very well ordered two-dimensional (2D) crystals of AQP9 that diffract to about 3.8 ¿ resolution. We will continue to pursue electron crystallography of 2D crystals, but also x-ray crystallography of 3D crystals, to produce an atomic model of AQP9. (iii) to determine the transport kinetics of UreI, UT-Apl and UT-Ec for urea and water. We will perform stopped-flow measurements on proteoliposomes containing these urea channels to characterize their transport kinetics. The results will reveal similarities and differences in the function of these proteins. (iv) to obtain structural information on UreI, UT-Apl and UT-Ec. We will use biochemical and electron microscopic techniques to determine the oligomeric state of these urea channels. Our ultimate goal is to produce crystals (2D or 3D) of these proteins that will be suitable for structure determination by electron or x-ray crystallography. Relevance AQP9-mediated glycerol transport out of adipocytes and into the liver may be important to support gluconeogenesis in the fasted state. AQP9 is also permeated by arsenite and might contribute to the toxicity of arsenic ingestion. AQP9 may thus be a target for treating pathophysiological conditions resulting from eating disorders and arsenic poisoning. The availability of a structure for a UT might aid the development of novel diuretic compounds that selectively block urea reabsorption without interfering with the salt balance. UTs also play a crucial role in the survival of human pathogens. An atomic structure of the UT-Apl could thus potentially be used to develop specific inhibitors of bacterial urea transport. Transporters of the UAC family could be particularly potent targets for new antibiotics, since they do not have any homologs in eukaryotes.
摘要 尿素是哺乳动物的主要代谢产物,也是许多哺乳动物的重要氮源。 微生物该建议侧重于膜的结构和功能研究 促进跨膜尿素转运的蛋白质,特别是 水通道蛋白(AQP)、尿素转运蛋白(UT)和尿素/酰胺通道(UAC)家族。我们 正在研究AQP 9,它在所有已知的AQPs中具有最广泛的底物特异性, UAC家族成员幽门螺杆菌的UreI与尿素转运蛋白 UT-Apl来自胸膜肺炎放线杆菌,UT-Ec来自尿路致病性大肠杆菌。杆菌 菌株536。该提案的具体目标是:(一)确定运输 各种溶质的AQP 9动力学。我们将对以下各项进行停流测量: AQP 9蛋白脂质体以表征各种溶质的转运动力学, 包括水、甘油和较大的溶质。结果将决定生理 AQP 9介导的这些溶质转运的相关性。(ii)解析结构 AQP9我们已经生产了非常有序的二维(2D)晶体, AQP 9的分辨率约为3.8英寸。我们将继续追求电子 2D晶体的晶体学,以及3D晶体的X射线晶体学, AQP 9的原子模型(iii)测定UreI、UT-Apl的转运动力学 UT-Ec表示尿素和水。我们将对以下各项进行停流测量: 蛋白脂质体含有这些尿素通道,以表征其运输动力学。 结果将揭示这些蛋白质功能的相似性和差异。(四) 获得UreI、UT-Apl和UT-Ec的结构信息。我们将使用生化 和电子显微镜技术来确定这些脲的低聚状态 渠道我们的最终目标是生产这些蛋白质的晶体(2D或3D), 适合于通过电子或X射线晶体学进行结构测定。相关性 AQP 9介导的甘油转运出脂肪细胞并进入肝脏可能是重要的 以支持禁食状态下的胚胎发生。AQP 9也被亚砷酸盐渗透, 可能导致摄入砷的毒性。因此,AQP 9可能是 治疗由饮食失调和砷引起的病理生理状况 中毒UT结构的可用性可能有助于小说的发展 选择性阻断尿素重吸收而不干扰 盐平衡UT在人类病原体的生存中也起着至关重要的作用。原子 因此,UT-Apl的结构可能被用于开发特异性抑制剂, 细菌尿素转运UAC家族的转运蛋白可能特别有效 新抗生素的靶点,因为它们在真核生物中没有任何同源物。

项目成果

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