CYCLIC NUCLEOTIDE-GATED CHANNELS: SHEDDING LIGHT ON THE OPENING OF A CHANNEL PORE
Galen E. Flynn, J. P. Johnson & William N. Zagotta
Nature Reviews Neuroscience 2, 643 -651 (2001)
Nature Reviews Neuroscience 2, 643 -651 (2001)
(Рис.1.) | Membrane topology for subunits of the two main groups of the P-loop-containing family of ion channels.
(Рис.2.) | Structure of the KcsA channel.
(Рис.3.) | Sequence alignment of the pore helix, selectivity filter and inner helix for several channels of the P-loop-containing family.
(Рис.4.) | State-dependence of modification of amino acids in the pore helix of CNG channels.
(Рис.5.) | Conformational changes in the helix bundle reported by disulphide bond formation at S399C in CNG1.
(Рис.6.) | Ni2+ effects on histidine-substituted channels indicate a rotation of the post-TM segment during gating.
(Рис.7.) | Model of the conformational changes in the helix bundle and post-TM segment of CNG1 channels during gating.
Cyclic nucleotide-binding domain
Gated access in Shaker channels
(animated online) Model of the conformational changes in the helix bundle and post-TM segment of CNG1 channels during gating.
Все ионные каналы открывают и закрывают свои ион-пропускающие поры (gating). Кристаллизация P-петлю-содержащих каналов KcsA проливает свет на функцию таких каналов, на общий механизм , в котором отделение внутренней спирали, выстилающей пору, вызывает открытие канала. В то же самое время обнаруживаются различия между типами каналов. Рассматриваются специфические конформационные изменения во время работы циклических нуклеотид-gated каналов.
Термин 'gating' означает аллостерический переход, который открывает или закрывает пору ионного канала. Последовательности cyclic nucleotide-gated (CNG) каналов сходны с таковыми у KcsA в области вокруг домена поры, pore helix, селективного фильтра (selectivity filter) и внутренней спирали. Сайт-направленные замены цистеина в презумптивной спирали поры CNG1 предоставили доказательства ротации этой спирали во время gating. Сходным образом, кинетический анализ и исследования с блокаторами каналов предоставили косвенные доказаетльства движения фильтра избирательности во время пропускной активности.
В случае внутренней спирали, конформационные изменения в этой области также, по-видимому, происходят во время gating канала, на что указывает спонтанное образование дисульфидных мостиков между внутренней спиралью и различными субъединицами CNG, когда канал закрыт, но не когда он открыт.
Линкеры между внутренней спиралью и внутриклеточным cyclic nucleotide-связывающим доменом является критическим для аллостерического объединения (coupling) между лигандом и открытием канала. Установлено, что гистидиновые остатки, которые присутствуют в части линкерной области способны координировать Ni2+ ионы между субъединицами, указывая тем самым на их пространственную близость. Показано, что эта область линкера ротирует во время gating.
Предложена новая структурная модель пропускной способности CNG каналов. Открытие канала связано с ротацией по часовой стрелке дистальной части линкерного сегмента. Это ригидное движение тела расплетает спиральный пучек в нижней части внутренней спирали, это ведет к значительному увеличению диаметра поры. Движение внутренней спирали затем инициирует перестройку в канале, которая преимущественно затрагивает фильтр избирательности.
 Рисунки и подписи Cyclic nucleotide-gated (CNG) ионныне каналы обеспечивают передачу сенсторных сигналов в фоторецепторных и обонятельных клетках. Структурно CNG каналы являются гетеротетрамерными, состоящими или из двух или из трех гомологичных субъединиц1-4. Хотя хорошо известно, что активация является кооперативным процессом этих субъединиц, однако остается неизвестным, генерируется ли эта кооперативность за счет связывания лиганда, пропускной способности (gating) или обоих процессов и как эти субъединицы взаимодействуют. В данном исследовании изучали действие гомотетрамерного обонятельного типа CNGA2 каналов6 на inside-out участках мембран с помощью одовременного определения активации канала и связывания лиганда, используя флюоресцентныйй cGMP аналог 8-DY547-cGMP в качестве лиганда. При концентрациях 8-DY547-cGMP менее 1 muM, устойчивое состояние связывания было наибольшим, чем устойчивое состояние активации, тогда как при более высоких концентрациях оно было меньше, создаалось обратные взаимоотноешения устойчивых состояний. Глобальный анализ этих взаимоотношений вместе с множетвенными курсами времени активации вследствие cGMP подскоков7 показал, что лиганды соединяются с каналам и что существует высокое взаимодействие между сайтами связывания. Среди ступеней связывания, вторая наиболее критическая для открытия канала: её константа ассоциации на три порядка величин меньше, чем др. и она запускает переключение с наиболее закрытого к максимально открытому состоянию. Эти результаты вносят вклад в выяснение роли субъединиц и кооперативном механизме активации канала CNGA2 и может иметь отноешние к действию др. ионных каналов и рецепторов.
|
Сайт создан в системе uCoz