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Characterization of a putative cholesterol binding pocket in the Kv10.1 potassium channel
Amil Kakkattu
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Anna Weinzinger
DOI
10.25365/thesis.81203
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11332.51982.779520-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der spannungsgesteuerte Kaliumkanal Kv10.1 wird in über 70% aller menschlichen Tumoren überexprimiert und wird mit Zellproliferation, Angiogenese sowie Tumorzellmigration assoziiert. Obwohl der Ionenkanal als pharmakologisches Ziel von großem Interesse ist, sind die strukturellen Grundlagen seiner Regulation durch Lipide in der Membran unzureichend klar. Durch computergestützte Docking-Studien an der Kryo-EM-Struktur von Kv10.1 (PDB: 5K7L) wurden erste Hinweise auf eine potenzielle Cholesterininteraktionsstelle gefunden. Ob diese Region unter physiologischen Membranbedingungen eine stabile und funktionell relevante Bindungstasche darstellt, wurde bislang nicht untersucht. Die vorliegende Arbeit untersucht diese Fragestellung mithilfe von molekulardynamischen Simulationen des Kv10.1-Tetramers, eingebettet in eine cholesterinhaltige Lipiddoppelmembran. Zwei unabhängige Simulationen mit einer Länge von jeweils ca. 1,5 µs wurden analysiert, wobei acht Residuen im Fokus standen. Zweidimensionale Cholesterindichtekarten der oberen Membranregion zeigten in beiden Simulationen eine reproduzierbare, heterogene Cholesterinverteilung um den Kanal. Die spezifische Kontaktanalyse der Residuen, mit Auswertung von Cholesterin-Belegung, mittlerer Kontaktdauer, simultanen Lipidkontakten, Stabilität der Taschen und Cholesterin-Verweilzeiten, identifizierte Residuum 466 (PHE) als das am häufigsten kontaktierte Residuum über alle vier Untereinheiten und beide Simulationsläufe. Die Residuen 454 (LEU) und 450 (ILE) zeigten mehrere Interaktionen in spezifischen Untereinheiten. Im Gegensatz dazu war Residuum 456 (ALA) unter allen Bedingungen nur minimalistisch involviert. Zusammenfassend liefern die Simulationen Hinweise auf eine bevorzugte Cholesterin-Interaktionsstelle in der Transmembrandomäne von Kv10.1, die vor allem durch die Residuen 466 (PHE), 454 (LEU) und 450 (ILE) definiert wird. Zudem unterstützen diese Ergebnisse die Hypothese, dass eine Interaktion von Cholesterin an dieser Stelle die Kanalöffnung modulieren könnte und daher relevant im Kontext für die veränderte Membranzusammensetzung in Tumorzellen sein könnte.
Abstract
(Englisch)
The Kv10.1 potassium channel is a voltage-gated ion channel, which is widely overexpressed in more than 70% of human tumors, where it has been associated with cell proliferation, angiogenesis and tumor cell migration. Despite its relevance as a pharmacological target, the structural basis of its regulation by membrane lipids remains poorly understood. Computational docking studies performed on the cryo-EM structure of Kv10.1 (PDB: 5K7L) suggested the existence of a potential cholesterol interaction region. However, whether this region represents a stable and physiologically relevant binding pocket under realistic membrane conditions has not yet been established. This thesis addresses these questions by analyzing coarse-grained molecular dynamics (MD) simulations of the Kv10.1 tetramer embedded in a cholesterol-containing lipid bilayer using the Martini force field. Two independent simulation runs of approximately 1.5 µs each were analyzed, focusing on a set of eight residues. Two-dimensional cholesterol density maps of the upper membrane leaflet revealed a reproducible, heterogenous distribution of cholesterol around the channel in both simulations. By using per-residue analyses to quantify occupancy, mean contact duration, simultaneous lipid contacts, pocket stability scores and cholesterol residence times, residue 466 (PHE) was identified as the most consistently contacted residue across all four subunits and both simulation runs. Additional residues, particularly 454 (LEU) and 450 (ILE), showed increased interactions in specific subunits. In contrast, residue 456 (ALA) consistently showed minimal involvement in cholesterol binding throughout the simulations. Overall, these results support evidence for the existence of a preferred cholesterol interaction region within the transmembrane domain of Kv10.1, centered primarily on residues 466 (PHE), 454 (LEU) and 450 (ILE). Furthermore, these findings support the hypothesis that cholesterol binding at this region may modulate channel gating and could be relevant in the context of altered membrane composition in tumor cells.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Cholesterin Protein
Autor*innen
Amil Kakkattu
Haupttitel (Englisch)
Characterization of a putative cholesterol binding pocket in the Kv10.1 potassium channel
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
76 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Anna Weinzinger
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC17896111
Utheses ID
81073
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |