Structural basis of modulation by pH and calcium in a ligand-gated ion channel

• Main Author: Andén, Olivia
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Genteknologi 2021
• Subjects: Pentameric ligand-gated ion channels; bacterial homolog; protein expression; protein purification; cryo-electron microscopy; data processing; protein structure; Pentamerisk ligandstyrd jonkanal; bakteriell homolog; proteinexpression; proteinrening; kryo-elektronmikroskopi; Biochemistry and Molecular Biology; Biokemi och molekylärbiologi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-299889

Pentameriska ligandstyrda jonkanaler (pLGICs) är avgörande för omvandlingen av kemisk till elektrisk signalöverföring i djurs nervsystem. Dysfunktion i dessa kanaler har visat sig vara kopplad till flera sjukdomar inklusive epilepsi, schizofreni, Alzheimers och autism, vilket gör dem till en måltavla för en mängd olika läkemedel. Att studera eukaryota kanaler är dock mycket utmanande, så upptäckten av prokaryota homologer, som är mycket lättare att studera, har därmed bidragit mycket till förståelsen för struktur och funktion hos proteiner i denna familj. I detta projekt producerades och renades en prokaryotisk pLGIC kallad DeCLIC från Escherichia coli. Strukturell bestämning av kanalen genomfördes med användning av kryo-elektronmikroskopi vid lågt pH och i närvaro av kalcium. En elektrontäthet med 3.4 Å upplösning uppnåddes och jämfördes med tidigare bestämda strukturer vid olika förhållanden i ett försök att bestämma hur proteinets struktur moduleras av kalcium och pH. Resultaten visar flera skillnader i kanalens konformation i närvaro och frånvaro av kalcium såväl som vid olika pH-värden. Dessutom antyder analys av den bestämda elektrontätheten ett möjligt intermediärt tillstånd vid lågt pH i närvaro av kalcium. === Pentameric ligand-gated ion channels (pLGICs) are crucial for the conversion of chemical to electrical signaling in the nervous system of mammals. Dysfunction in these channels has been found to be connected to several diseases including epilepsy, schizophrenia, Alzheimer’s, and autism, making them the target of a wide variety of therapeutic agents. However, studying eukaryotic channels is challenging so the discovery of prokaryotic homologs that are much easier to study has thus greatly helped in the understanding of the structure and function in this family of proteins. In this project, a prokaryotic pLGIC called DeCLIC was produced and purified from Escherichia coli. Structural determination of the channel was pursued using cryo-electron microscopy at a low pH and in the presence of calcium. An electron density at 3.4 Å resolution was achieved and compared to previously determined structures at different conditions in an attempt to determine the structural modulation of calcium and pH. Results show multiple differences in channel conformation in the presence and absence of calcium as well as in different pH conditions. Furthermore, analysis of the determined electron density suggests a possible intermediate state at low pH in the presence of calcium.