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Gating determinants of CaV1.2 L-type calcium channel
Stanislav Andranovits
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Pharmazie, DK: Molecular Drug Targets)
Betreuer*in
Steffen Hering
DOI
10.25365/thesis.57534
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10772.54608.605465-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Natürlich vorkommende Mutationen (die zu „Channelopathies“ führen [7-9]) oder zielgerichtet eingeführte Mutationen, um Struktur-Aktivitäts-Zusammenhänge in CaV aufzuklären, können die Gating-Eigenschaften beeinflussen [1-3]. Es wird angenommen, dass die spannungsabhängige Aufwärtsbewegung von Spannungssensoren (VS) die Öffnung der CaV1.2-Pore auslöst, während die Repolarisation die Abwärtsbewegung und das Schließen der Kanäle auslösen [4]. In unserer Studie untersuchten wir die individuellen Rollen von VSs im CaV1.2-Kanal-Gating.
Um die Rolle einzelner VS im CaV1.2-Gating aufzuklären, wurden geladene Aminosäuren der Segmente IS4-IVS4 durch Glutamin ersetzt und die entsprechenden Auswirkungen auf die Gating-Prozesse (Aktivierung, Deaktivierung und Inaktivierung) der Calciumkanäle analysiert [4]. Da die Inaktivierung des L-Typ-Calciumkanals (CaV1.2) die Länge des Herzaktionspotenzials bestimmt, konzentrierten sich unsere Studien hauptsächlich auf diesen Gating-Prozess.
Während meiner Doktorarbeit war ich an Aufklärung der Rolle einzelner S4 -Segmente für die Aktivierung beteiligt [4]. Wir konnten eine Schlüsselrolle von Segment IS4 und IIIS4 bei der CaV1.2-Aktivierung nachweisen. Nahezu alle Ladungsneutralisationen von IS4 und IIIS4 verringerten die Steilheit der Boltzmann-Kurve der Kanalaktivierung (Aktivierungskurve), was auf eine Schlüsselrolle dieser Spannungssensoren für diesen Prozess hindeutet.
Der Schwerpunkt meines Projekts lag jedoch auf der Aufklärung des Einflusses von S4-Segmenten auf die Kanalinaktivierung. Wir fanden heraus, dass das Segment IS4 nicht nur die Aktivierung beeinflusst, sondern auch eine wichtige Rolle bei der CaV1.2-Inaktivierung spielt. Während die Ladungsneutralisierung in IS4 bei weitem die größten und ladungsabhängigen Auswirkungen hatte, führten äquivalente Ladungsneutralisierungen in den Segmenten IIS4 und IIIS4 zu geringeren Effekten auf die spannungsabhängige Inaktivierung [5].
Interessanterweise zeigten Verschiebungen in der Spannungsabhängigkeit von Inaktivierungskurven, die durch IS4-Neutralisierungen induziert wurden, eine signifikante Korrelation mit Verschiebungen der Spannungsabhängigkeit der Kanalaktivierung. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Bewegung von IS4 nicht nur die Aktivierung beeinflusst, sondern auch die Inaktivierung auslöst [6].
Abstract
(Englisch)
Naturally occurring mutations (causing “channelopathies” [7-9] or mutations introduced to establish structure-activity relationships in CaV may influence gating properties [1-3]. It is generally believed that the voltage-dependent upward movement of VS triggers the opening of CaV1.2 pore while repolarization and the downward movement initiates the channel’s closure [4]. In our study we investigated the individual roles of VSs in the CaV1.2 channel gating.
In order to elucidate the input of individual VSs in CaV1.2 gating, charged residues of segments IS4- IVS4 were replaced by glutamine and the corresponding effects on gating processes (activation, deactivation and inactivation) of calcium channels were analysed [4]. Since, inactivation of L-type calcium channel (CaV1.2) determines the length of the cardiac action potential, our studies mainly focused on this gating process.
During my doctoral thesis work I also contributed to the clarification of the role of individual S4 segments in activation gating [4]. We identified a key role of segment IS4 and IIIS4 in activation. Almost all replacements of charges in IS4 and IIIS4 decreased the slope of the Boltzmann curve of channel activation (activation curve) suggesting a key role of these voltage sensors in channel activation.
The main focus of my project was, however, on the role of S4 segments in inactivation gating. I discovered, that segment IS4 affects not only activation but additionally has a key role in CaV1.2 inactivation. Impairing IS4 function by charge neutralization had by far the largest and regular (charge dependent) effects on voltage-dependent inactivation compared to no or less impact of equivalent charge neutralizations in segments IIS4 and IIIS4 [5].
Interestingly, shifts in the voltage-dependence of inactivation curves induced by IS4 neutralisations showed significant correlation with shifts of the voltage dependence of channel activation. This finding indicates that IS4 movement is not only rate limiting for activation but also initiates inactivation [6].
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
calcium channels gating molecular modelling voltage sensors
Schlagwörter
(Deutsch)
Kalziumkanäle Gating Molekulare Modellierung Spannugsensoren
Autor*innen
Stanislav Andranovits
Haupttitel (Englisch)
Gating determinants of CaV1.2 L-type calcium channel
Paralleltitel (Deutsch)
Gating-Determinanten des CaV1.2-L-Typ-Calciumkanals
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
81 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Ľubica Lacinová ,
Petronel Tuluc
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC15392277
Utheses ID
50800
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 449 |