Lipid-protein interactions modulate the conformational equilibrium of a potassium channel.

Lipid-Protein-Wechselwirkungen modulieren das Konformationsgleichgewicht eines Kaliumkanals.

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ID: 106049
2020
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Abstract
Cell membranes actively participate in the regulation of protein structure and function. In this work, we conduct molecular dynamics simulations to investigate how different membrane environments affect protein structure and function in the case of MthK, a potassium channel. We observe different ion permeation rates of MthK in membranes with different properties, and ascribe them to a shift of the conformational equilibrium between two states of the channel that differ according to whether a transmembrane helix has a kink. Further investigations indicate that two key residues in the kink region mediate a crosstalk between two gates at the selectivity filter and the central cavity, respectively. Opening of one gate eventually leads to closure of the other. Our simulations provide an atomistic model of how lipid-protein interactions affect the conformational equilibrium of a membrane protein. The gating mechanism revealed for MthK may also apply to other potassium channels.
Zellmembranen sind aktiv an der Regulation von Proteinstruktur und -funktion beteiligt. In dieser Arbeit führen wir Molekulardynamik-Simulationen durch, um zu untersuchen, wie unterschiedliche Membranumgebungen die Proteinstruktur und -funktion im Fall von MthK, einem Kaliumkanal, beeinflussen. Wir beobachten unterschiedliche Ionenpermeationsraten von MthK in Membranen mit verschiedenen Eigenschaften und führen diese auf eine Verschiebung des Konformationsgleichgewichts zwischen zwei Zuständen des Kanals zurück, die sich darin unterscheiden, ob eine Transmembranhelix einen Knick aufweist. Weitere Untersuchungen deuten darauf hin, dass zwei Schlüsselreste in der Knickregion einen Crosstalk zwischen zwei Toren am Selektivitätsfilter beziehungsweise an der zentralen Kavität vermitteln. Die Öffnung des einen Tores führt letztlich zum Schließen des anderen. Unsere Simulationen liefern ein atomistisches Modell dafür, wie Lipid-Protein-Interaktionen das Konformationsgleichgewicht eines Membranproteins beeinflussen. Der für MthK aufgeklärte Gating-Mechanismus könnte auch auf andere Kaliumkanäle zutreffen.
Reference Key
gu2020lipidproteinnature Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Gu, Ruo-Xu;de Groot, Bert L;
Journal Nature communications
Year 2020
DOI
10.1038/s41467-020-15741-8
URL
Keywords
cec microfluidic chips pillar array columns

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