Conformational Transitions and Allosteric Modulation in Voltage- & Ligand-gated Ion Channels


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2014
End date: 31/12/2017
Funding: 3600000 SEK


Description

Membranproteiner är biologiska makromolekyler som sitter rakt igenom de membraner som omger alla våra celler. De fungerar som cellens fönster och dörrar och är ansvariga för praktiskt taget all transport och signalering i våra celler, till exempel i nervsystemet. Forskningen har gjort enorma framsteg i att förstå membranproteiner de senaste åren, och idag har man lyckats bestämma strukturer på atomnivå för många familjer av membranproteiner som vi för några år sedan bara kunde studera funktioner för. Men, membranproteiner är inte statiska strukturer ? de skulle inte kunna åstadkomma transport och signalering om de inte genomgick ändringar av sin struktur. Dessa konformationsförändringar är dock mycket snabba och mellantillstånden är ofta inte stabila, vilket har gjort de väldigt svåra att bestämma både med traditionella experimentella metoder och modellering, t.ex. genom att använda bioinformatik och likheter med andra proteiner. Några av de viktigaste membranproteinerna i våra celler är jonkanaler som öppnar och släpper joner (till exempel kalium, natrium eller kloridjoner) in i eller ut från celler. Sådana jonkanaler som påverkas av elektriska fält styr t.ex. alla våra hjärtslag och viktiga nervimpulser, medan andra kanaler öppnas/stängs när de binder små molekyler ("ligandstyrda"), vilket är kritiskt viktigt t.ex. inom för att förmedla signaler mellan nervceller ? och det är genom att påverka sådana kanaler som vi till exempel blir berusade av etanol och det är möjligt att söva människor och djur med anestetika. I vårt tidigare arbete har vi lyckats bestämma en hel film av mellantillstånd under aktiveringen av spänningsstyrda jonkanaler genom att kombinera teoretiska modeler och simuleringar med systematiska förändringar av aminosyrorna i kanalen och direkt mäta hur mycket ström som går genom membranet i grodägg där just den varianten av kanalen har överuttryckts. Vi har också lyckats visa att S4 med stor sannolikhet ändrar struktur till en så kallad "3-10" helix när jonkanalen aktiveras, vilket hjälper till att förklara hur kanalen kan öppnas och stängas så effektivt. På motsvarande sätt har vi för ligandstyrda kanaler kunnat visa var de har extra bindningsfickor där molekyler ? som alkohol ? påverkar kanalerna, och något oväntat har vi upptäckt att det finns två olika sådana platser: en som förstärker kanalens känslighet och en som försvagar den. Det här är med stor sannolikhet förklaringen till att olika familjer av ligandstyrda kanaler kan ha motsatt känslighet för samma molekyler, och möjligen relaterat till hur vårt medvetande kan påverkas både i positiv och negativ riktning av många droger. I det här projektet kommer vi att studera hur aktiveringen av båda typerna av jonkanaler påverkas av mutationer, hur ligander och toxiner påverkar deras funktion, och förklara hur de påverkas av sammansättningen av membranet. Vi vill också förstå hur själva aktiveringen går till, både hur en liten molekyl som binder kan få ett stort protein att ändra form och öppna en kanal 50Å bort, och hur det här samspelar till exempel med alkohol och andra ?förstärkande? molekyler som binder på andra ställen. Svensk forskning är internationellt ledande inom dessa områden, och vår verksamhet inom membranproteiner ligger inom membrancentret CBR vid Stockholms Universitet och Science for Life Laboratory i Solna medan många av våra beräkningar utförs vid Tekniska högskolan i Stockholm och med frivilliga donatorer i datornätverket Folding@Home som vi varit med om att utveckla.

Last updated on 2017-22-03 at 07:13