โมเดลเชิงโครงสร้างเพื่อสำรวจกลไกการผ่านของไอออนในเมมเบรนโปรตีนแชนนัลจากข้อมูลอีพีอาร์สปินเลเบลิงและการจำลองในระดับโมเลกุล : รายงานวิจัย

Abstract

เมมเบรนโปรตีนมีหน้าที่สำคัญในการคัดกรองและลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์ผ่านชั้นเมมเบรนฟอสโฟลิพิด การศึกษาโครงสร้างสามมิติของโปรตีนด้วยวิธีผลึกศาสตร์รังสีเอ็กซ์หรือนิวเคลียร์แมกเนติกส์เรโซแนนซ์เป็นวิธีที่ให้รายละเอียดทางโครงสร้างที่มีความถูกต้องสูง แต่ด้วยข้อจำกัดทางเทคนิคและความยากในการศึกษา การใช้เทคนิคสเปกโทรสโคปีอื่นๆ แม้ว่าจะให้ความละเอียดของข้อมูลเชิงโครงสร้างที่น้อยกว่า แต่เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการศึกษาทางโครงสร้าง รายงานวิจัยนี้เสนอผลงานวิจัยจำนวนสองเรื่อง เรื่องที่หนึ่งนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะพัก ของโดเมนรับรู้ทางศักย์ไฟฟ้าของโวเทจเกทโพแทสเซียมแชนนัล (KvAP-VSD) กับเรื่องที่สองนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะเปิดของแมกนีเซียมแชนนัล การสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างนี้ใช้ข้อมูลจากเทคนิคอีพีอาร์และการติดสปินที่ตำแหน่งจำเพาะต่างๆบนโปรตีนร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลด้วยวิธี PaDSAR ผลการศึกษาได้โครงสร้างที่สามารถอธิบายรูปแบบการเคลื่อนตัวของส่วนท่อนทรานสเมมเบรน S4 ของ KvAP-VSD และการเคลื่อนที่ประจุบวกของอาร์จินีนตำแหน่ง R120, R123, R126 และ R133 ผ่านบริเวณลิพิดไบเลเยอร์ในช่วงเกิดเมมเบรนดีโพลาไรเซชัน รวมทั้งพบการเปลี่ยนขนาดรอยแยกของ KvAP-VSD ที่น้ำแทรกเข้าไปอยู่ และการแลกเปลี่ยนคู่พันธะไฮโดรเจนของอาร์จินีนกับกรดอะมิโนประจุลบบนท่อนทรานสเมมเบรน S1, S2 และ S3 สำหรับผลการศึกษาโครงสร้างที่สภาวะเปิดของ CorA Mg2+ channel พบว่าปลายด้านสทอล์คเฮลิกส์ห้าเคลื่อนเข้าหาแกนสมมาตรและทำให้เกิดการขยายของโพรงและปากทางเข้าโพรงเปิดกว้างขึ้น การคำนวณแรงระหว่างประจุด้วยทฤษฎีปัวซอง-โบลทซ์มานแสดงให้เห็นถึงกำแพงพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของ Mg2+ บริเวณทางผ่านของไอออนในสภาวะคอนฟอร์เมชันปิดลดลงอย่างชัดเจนในสภาวะเปิด