Slo1 BK通道选择性滤器门控过程及调节机制的研究
批准号:
32071103
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
田裕涛
依托单位:
学科分类:
整合生理学与整合生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
田裕涛
中文摘要
门控机制是离子通道制离子通过和调控功能的关键问题。作为使用选择性滤器门控过程的Slo1 BK通道,目前其详细的门控过程和调节机制的分子基础仍然未得到系统、深入的阐释。本研究将综合应用膜片钳记录,分子动力学模拟,单分子FRET成像等不同技术,从不同时间和空间尺度阐明Slo1 BK通道选择性滤器门控的详细过程和调节的分子基础。通过本研究将回答如下关键问题:1.Slo1 BK通道选择性滤器片段中保守序列TVGYG如何通过特定构型变化调节钾离子和水分子的通导;2.Slo1 BK通道的主要功能结构域VSD,PGD,CTD和β亚基如何通过别构耦合机制调节选择性滤器片段的构型以及门控过程;3.哪些物理化学特性是影响功能结构域别构机制的关键因素。通过此项研究,我们将获得和通道门控过程及调节相关的重要功能和结构信息,并应用这些信息设计和制备新型Slo1 BK通道的激动剂作为治疗相关疾病的药物候选分子。
英文摘要
The ion channel gating mechanism is the key question about the research of ion channel modulation. The Slo1 BK channel, an important potassium channel, employ the selectivity filter (SF) gating, which is a major gating type. However, after several decades, there is still no fully answer how Slo1 BK channel use selectivity filter gating to control channel function and alternate the a lot physiological actives. In this research, we will combine multiple techniques, such as high-resolution patch clamp recording, molecular dynamic simulation, single molecular FRET, aim to resolve the underlie gating mechanisms. In this research, we will detect (1), what is key conformation of the conserved sequence “TVGYG” in Slo1 BK channel selectivity filter segment work for potassium ion and water molecular conductive; (2) how the major functional domain PGD, VSD, CTD and β subunits control the SF conformation via allosteric mechanism; (3) what is the major physicochemical properties contribute to functional domain allosteric coupling the functional-structural relationship. In use these findings, we will design and make new Slo1 BK channel activators as the drug candidates to treat some diseases, such as hypertension.
本研究项目聚焦于 Slo1 BK 通道的门控机制,通过生理学与生物物理学结合,深入探究其选择性滤器门控动力学过程及精细调节机制,旨在为相关疾病治疗药物开发提供理论支撑与技术支持。项目自 2021 年启动,按计划推进,各年度目标圆满完成。.研究围绕 Slo1 BK 通道的多个关键方面展开。首先,深入探究了 α 亚基孔道结构域(S6 区域)对通道选择性滤器门控的贡献,通过构建多种模拟体系和采用基于图神经网络的机器学习方法,挖掘出 S6 片段中的变构网络和关键位点,如 G310、G311、S317、G289 等,并通过定点突变实验验证了 G310、S317 的重要作用。其次,研究了 Slo1 BK 通道 β 亚基通过静电相互作用调节选择性滤器门控过程,发现 β 亚基与 α 亚基的 RKK 模体相互作用,调节通道关闭状态的稳定性,且 β 亚基氨基末端的带电特性影响其对通道门控过程的调节。此外,还解析了 Slo1 BK 通道对脂类分子响应的 β 亚基依赖性特性,发现 β2 亚基对 omega - 3 和 omega - 6 不饱和脂肪酸具有 “识别” 特性,并深入探究了其分子基础。同时,对 Slo1 BK 通道 α 亚基 S6 区域关键氨基酸 G310 的调控机制与病理作用进行了探究,发现 G310R 突变显著增加通道开放概率,并发展了基于分子动力学模拟的通道变构路径分析方法。最后,与云南大学陈庆峰课题组合作,对配体门控通道 FaNaC 和 GR64/43a 的结构特征和结合特征进行了解析和鉴定,并初步鉴定出短肽进入结合口袋和由结合口袋传递至跨膜区域的两条变构路径。.项目团队密切合作,包括项目负责人、合作者以及多名研究生,在实验平台搭建、项目规划、数据分析等方面发挥了重要作用。项目还积极参与国内外学术交流。人才培养方面,项目培养了多名硕士和博士研究生,并指导本科生在相关学术论坛上取得优异成绩。项目取得了一系列重要研究成果,为理解 Slo1 BK 通道的门控机制及其在生理病理过程中的作用提供了重要依据,具有重要的科学意义和应用前景。
国内基金
海外基金