Potassium voltage-gated Kv1.6 channel, which is distributed primarily in neurons of central and peripheral nervous systems, is of significant physiological importance. To date, several high-affinity Kv1.6-channel blockers are known, but the lack of selective ones among them hampers the studies of tissue localization and functioning of Kv1.6 channels. Here we present an approach to advanced understanding of interactions of peptide toxin blockers with a Kv1.6 pore. It combines molecular modeling studies and an application of a new bioengineering system based on a KcsA-Kv1.6 hybrid channel for the quantitative fluorescent analysis of blocker-channel interactions. Using this system we demonstrate that peptide toxins agitoxin 2, kaliotoxin1 and OSK1 have similar high affinity to the extracellular vestibule of the K-conducting pore of Kv1.6, hetlaxin is a low-affinity ligand, whereas margatoxin and scyllatoxin do not bind to Kv1.6 pore. Binding of toxins to Kv1.6 pore has considerable inverse dependence on the ionic strength. Model structures of KcsA-Kv1.6 and Kv1.6 complexes with agitoxin 2, kaliotoxin 1 and OSK1 were obtained using homology modeling and molecular dynamics simulation. Interaction interfaces, which are formed by 15-19 toxin residues and 10 channel residues, are described and compared. Specific sites of Kv1.6 pore recognition are identified for targeting of peptide blockers. Analysis of interactions between agitoxin 2 derivatives with point mutations (S7K, S11G, L19S, R31G) and KcsA-Kv1.6 confirms reliability of the calculated complex structure.
Modeling of the structure of voltage-gated potassium (KV) channels bound to peptide blockers aims to identify the key amino acid residues dictating affinity and provide insights into the toxin-channel interface. Computational approaches open up possibilities for in silico rational design of selective blockers, new molecular tools to study the cellular distribution and functional roles of potassium channels. It is anticipated that optimized blockers will advance the development of drugs that reduce over activation of potassium channels and attenuate the associated malfunction. Starting with an overview of the recent advances in computational simulation strategies to predict the bound state orientations of peptide pore blockers relative to KV-channels, we go on to review algorithms for the analysis of intermolecular interactions, and then take a look at the results of their application.
Потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2 экспрессируется в нервной систе-ме, однако его функции и участие в развитии болезней человека остаются мало изучен-ными. Мутации канала Kv10.2 были обнаружены при эпилептической энцефалопатии и аутизме. Моделирование пространственной структуры канала является важным инстру-ментом для получения информации о молекулярных аспектах его функционирования и механизмах, ответственных за патогенез. В настоящей работе выполнено молекулярное моделирование спирального фрагмента C-концевого домена канала Kv10.2 человека (hEAG2) в димерной, тримерной и тетрамерной формах. Стабильность всех форм под-тверждена расчётами методом молекулярной динамики. Выявлены контакты и взаимо-действия, стабилизирующие структуру.Ключевые слова: потенциал-управляемый калиевый канал Kv10.2, олигомеризация, суперспираль, молекулярное моделирование, молекулярная динамика Потенциал-управляемые калиевые каналы конт-ролируют перенос ионов K + через клеточную мемб-рану и играют ключевую роль в возбудимых и не-возбудимых клетках. Канал Kv10.2 (кодируемый геном KCNH5) принадлежит семейству ether-a-go-go (EAG) и экспрессируется в нервной системе [1].Мутации каналов семейства EAG вызывают нарушение синаптической пластичности и памяти [2]. Нарушения функционирования канала Kv10.2 наблюдались при развитии эпилептической энцефа-лопатии и аутистических расстройствах [3], а также в процессе возникновения и развития опухолей [2]. Несмотря на предпринятые попытки исследования канала Kv10.2, его функционирование в нервной системе и вовлеченность в развитие заболеваний че-ловека остаются недостаточно изученными [3,4].Анализ гена KCNH5, клонированного незадолго до завершения проекта "Геном человека" [5,6], показал, что канал Kv10.2 обладает топологией, сходной с другими калиевыми потенциал-управ-ляемыми каналами (Kv): шесть трансмембранных спиралей в каждой из четырёх субъединиц. Струк-тура цитоплазматического домена потенциал-управ-ляемых каналов сильно варьирует между различными семействами [7]. C-концевой домен необходим для корректной сборки тетрамерного канала [8], при-чём межспиральные взаимодействия определяют не только стабильность, но и селективность муль-тимеризации [9]. Показано, что С-концевой до-мен канала Kv7.1, гомологичного семейству EAG, имеет две функциональные части, причём прокси-мальная половина ответственна за экспрессию, сво-рачивание и проницаемость канала, а дистальная -за направление сворачивания и специфичность связывания с партнерами [10].Информация о пространственной структуре мембранных белков, в т.ч. ионных каналов, а также их комплексов с различными лигандами является важным условием для понимания механизмов функ-ционирования этих белков. До недавнего времени структура калиевых каналов семейства EAG была неизвестна, хотя и был предпринят ряд попыток моделирования [3,[11][12][13]. Теперь же ситуация ко-ренным образом изменилась, поскольку была рас-шифрована структура большей части гомологич-ного канала Kv10.1 (EAG1) [14], которая может быть использована для моделирования взаимодействия кан...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.