KcsA Kチャンネルを通じたイオン透過に対するアニオン性脂質の効果

Effect of anionic lipids on ion permeation through the KcsA K-channel.

• Victoria Oakes
• Simone Furini
• Carmen Domene

抄録

Kチャネルは、細胞膜を横切るKイオンの効率的かつ選択的な伝導に関与しています。細菌のKチャンネルKcsAは、計算機を用いてKイオン伝導の様々な側面を特徴づけるために歴史的に使用されてきました。KcsA選択性フィルターを横切るイオンの移動に関連するエネルギー障壁は、様々な研究で計算されており、透過イオンの間に水分子の存在を含む、または無視した2つの代替的な伝導メカニズムの提案につながっています。ここでは、チャネルの開通確率を高めることが知られているアニオン性脂質を含む脂質二重膜中のKcsAについて、K透過の平均力のポテンシャルを評価した。さらに、選択性フィルター配列と直接相互作用する残基Ｅ７１のプロトン化／デプロトン化の効果を評価した。両方の伝導機構を全体を通して考慮した。得られた結果は、不活性化過程を含むKチャネルの分子機能についての新たな知見を提供するものである。

K-channels are responsible for the efficient and selective conduction of K ions across the plasma membrane. The bacterial K channel KcsA has historically been used to characterize various aspects of K conduction via computational means. The energetic barriers associated with ion translocation across the KcsA selectivity filter have been computed in various studies, leading to the proposal of two alternate mechanisms of conduction, involving or neglecting the presence of water molecules in between the permeating ions. Here, the potential of mean force of K permeation is evaluated for KcsA in lipid bilayers containing anionic lipids, which is known to increase the open probability of the channel. In addition, the effect of the protonation/deprotonation of residue E71, which directly interacts with the selectivity filter sequence, is assessed. Both conduction mechanisms are considered throughout. The results obtained provide novel insights into the molecular functioning of K channels including the inactivation process.

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