Mécanisme d'inhibition du canal K + par la toxine scorpion élucidé par AFM haute vitess

Mécanisme d'inhibition du canal K + par la toxine scorpion élucidé par AFM haute vitess

juillet 9, 2019 0 Par admin
des canaux ioniques qui régulent la perméation de divers ions entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Les canaux ioniques sont des protéines et, en réponse à divers stimuli, ils permettent à des ions spécifiques de pénétrer. De cette façon, la cellule régule les signaux électriques qui forment la base de la fonction des muscles et du système nerveux. Dans la mesure où un dysfonctionnement des canaux ioniques provoque un certain nombre de troubles tels que et l’épilepsie, il est important de comprendre le mécanisme d’action des molécules qui entravent les fonctions des ioniques.

Le venin de scorpion contient plus de 200 composés qui se lient aux canaux K . Parmi eux, AgTx2 est un peptide composé de 38 résidus d’acides aminés. Des études antérieures ont montré qu’en se liant au canal K de l’extérieur de la , AgTx2 bloque le pore du canal K et inhibe la perméation du K . Cependant, le mécanisme moléculaire détaillé reste inconnu, par exemple si la dynamique de liaison peut être expliquée par un modèle d’association et de dissociation à deux états.

Mechanism of scorpion toxin inhibition of K  channel elucidated using high-speed AFM
Liaison répétitive de AgTx2 au canal potassique KcsA et AgTx2 – dépendance de la probabilité de liaison en fonction de la concentration. A. Images time-lapse de AgTx2 se liant aux canaux KcsA et se dissociant de ces canaux et de la durée dans le temps de la hauteur moyenne (h) (nm) autour du centre de la surface extracellulaire. Barre d’échelle dans l’image HS-AFM, 5 nm. B. Histogrammes de hauteur de h en fonction de la concentration en AgTx2 dans la solution. Crédit: Université Kanazawa

L’équipe de recherche, comprenant des scientifiques de l’Université de Kanazawa, a visualisé l’association et la dissociation de AgTx2 avec le canal KcsA KcsA en utilisant la microscopie à force atomique à haute vitesse (HS-AFM) et a effectué une analyse détaillée de la dynamique (Figure 1). KcsA est un tétramère, ses sous-unités formant une structure en anneau. Lors de la liaison de AgTx2 à la surface du tétramère, la partie centrale du canal, c’est-à-dire le passage pour K , est apparue gonflée en raison de la liaison de AgTx2. La liaison et la dissociation de AgTx2 au canal K peuvent se produire à plusieurs reprises et la hauteur autour du centre du canal est modifiée en conséquence (Figure 2).

Lorsque la concentration en AgTx2 dans la solution était élevée, la probabilité de liaison était également élevée. L’évolution temporelle de la liaison et de la dissociation a révélé que lors de la liaison de AgTx2 à KcsA, la conformation de KcsA changeait, ce qui permettait à AgTx2 de se lier plus facilement et que, même en cas de dissociation d’AgTx2, une autre molécule d’AgTx2 pouvait se lier très rapidement à KcsA; c’est ce qu’on appelle un mécanisme d’adaptation induite. D’autre part, il a été observé que, lorsqu’un laps de temps suffisant s’était écoulé après la dissociation de AgTx2, la conformation de KcsA était revenue à l’originale, à laquelle AgTx2 se liait moins facilement.

Ces résultats indiquent que la dynamique de liaison ne peut être expliquée avec un simple modèle à deux états, à savoir la liaison et la dissociation. Il semblait que les états d’association et de dissociation de KcsA pouvaient être distingués en au moins deux sous-états; un modèle d’association à quatre états a donc été envisagé (Figure 3). Lorsque les vitesses de réaction ont été calculées pour un modèle à quatre états, les vitesses obtenues reflétaient celles obtenues expérimentalement. Une simulation de la dynamique de liaison avec ce modèle à quatre états et les vitesses de réaction associées ont montré que la liaison de AgTx2 se faisait principalement par la voie de l’ajustement induit. En outre, il a été constaté que l’ajustement induit accélère la liaison de AgTx2 par 400. Ainsi, le mécanisme de AgTx2 pour inhiber efficacement la fonction de KcsA a été élucidé (Figure 3).

Mechanism of scorpion toxin inhibition of K  channel elucidated using high-speed AFM
Modèle de dynamique de liaison de AgTx2 et du canal potassique KcsA. A. Constantes de vitesse des étapes de réaction. B. Liaison accélérée de AgTx2 au canal potassique KcsA par un mécanisme d’ajustement induit. Crédit: Université Kanazawa

La technique et méthode d’observation HS-AFM utilisées pour l’analyse de la liaison du canal K et de l’inhibiteur de peptide peuvent être appliquées à une grande variété de molécules biologiques. Ils peuvent être appliqués aux analyses d’un ligand se liant à son récepteur, ainsi qu’à l’association d’ADN et d’une protéine de liaison à l’ADN. Cette étude devrait accélérer l’élucidation de dynamique de de diverses molécules biologiques.

L’étude est publiée dans Science Advances .



Plus d’information:

« L’AFM à haute vitesse révèle une liaison accélérée de l’agitoxine-2 à un canal K par ajustement induit »

Progrès de la science

,

DOI: 10.1126 / sciadv.aax0495

, https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaax0495

Citation : Le mécanisme d’inhibition du canal K par la toxine scorpion a été élucidé à l’aide d’un MFA haute vitesse (3 juillet 2019), récupéré le 9 juillet 2019 sur https://phys.org/news/2019-07-mechanism-scorpion-toxin-inhibition-channel .html

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