生物物理学|基于弹性和复杂网络模型的内向整流型钾通道Kir3.2的动力学及关键位点研究

汉斯出版社

2023-12-12

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导读：

内向整流型钾通道蛋白Kir3.2能够调节钾离子的跨膜流动，具有重要的生理功能。由于其与神经和心肌系统的疾病相关，因此是一个重要的药物靶点。为研究该通道的动力学和功能性关键位点，我们首先利用高斯网络模型(GNM)对该通道进行建模，分析其结构的柔性，及各功能区域间的运动相关性；然后，构建运动相关性加权的复杂网络模型，通过依次敲除节点获得网络特征路径长度的变化来识别关键位点。结果发现，GNM重现了通道各区域的柔性；界面螺旋、跨膜螺旋和CTD区域间存在显著的运动正相关，这促进了通道与配体的结合和结构的稳定；所识别的关键残基对通道的激活、结构的稳定和变构信号交流起重要作用。本工作有助于加强对Kir3.2通道工作机制的理解，所识别的功能位点可为药物设计提供有价值的信息。

基本信息：

基于弹性和复杂网络模型的内向整流型钾通道Kir3.2的动力学及关键位点研究

Study on the Kinetics and Key Sites of Inward Rectifier Potassium Channel Kir3.2 Based on the Elastic Network and Complex Network Models

作者：

赵迎春, 李春华*：北京工业大学环境与生命学部，北京

关键词:

内向整流型钾通道Kir3.2；高斯网络模型；复杂网络模型；关键残基

项目基金：

国家自然科学基金项目(31971180, 32271294)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/BIPHY.2023.114006

内容简介：

在汉斯出版社《生物物理学》期刊上，有论文基于Kir3.2通道的三维结构构建了GNM模型，预测了通道结构的柔性，分析了残基间的运动偶联。之后，构建了一个动态复杂网络模型来识别Kir3.2中参与变构和信号交流的关键残基。

内向整流型钾通道Kir3.2的高分辨率结构来自蛋白质数据库(Protein Data Bank, PDB) ，其PDB ID为3SYA，该体系是PIP2结合态结构，如图1所示。Kir3.2通道主要由4个相同的亚基组成，共有1292个残基，每个亚基包含323个氨基酸。

Kir3.2是一种内向整流型钾离子通道，在神经和心肌系统中发挥重要作用。本工作首先利用GNM对Kir3.2进行建模，成功再现了通道结构的柔性。结果发现，跨膜螺旋和CTD的β片层区域结构比较刚性，一致于其折叠紧密的结构；位于TMD顶端的turret和CTD上的β片层环柔性较大，这有助于离子通道的开合运动，与实验结果吻合。接着，计算了Kir3.2的残基运动相关性，发现不同亚基的跨膜螺旋之间以及CTD的β片层环和linker区域间存在较强的正相关，这暗示了这些区域间的强相互作用，进而说明它们可能对结构的稳定和通道的激活有重要作用。最后，基于加权的氨基酸网络模型预测到了Kir3.2上与实验数据高度吻合的功能性关键残基，另外也识别到了一些尚未被实验证实的关键位点，它们可为未来实验研究提供重要信息。本工作有助于深入理解Kir3.2通道的工作机制，对药物设计具有指导意义。

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http://dx.doi.org/10.12677/MP.2016.62002

所属期刊

-Biophysics-

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