カリウムチャネルチャリブドトキシン複合体の核磁気共鳴構造研究

イオンチャネルは、シグナル伝達プロセスで重要な役割を果たし、さまざまな疾患を治療するための魅力的な標的です。ここでは、KCSAを使用したカリウムチャネル - リガンド複合体の構造解析のためのNMRベースの戦略（残基1-132、6つの変異を伴う6つの変異を伴う6つの変異を伴い、真核生物HERGチャネルを模倣する）について説明します。このアプローチを使用して、高親和性ペプチドアンタゴニストのカリブドトキシンと複合的なKCSAの溶液構造を決定しました。構造データは、カリブドトキシンが閉じた形態のKCSAにどのように結合し、イオンチャネルの細胞外表面と特定の接触を行うかを明らかにし、細孔閉塞をもたらします。これは、ペプチド拮抗薬に複合したイオンチャネルに関する最初の直接的な構造情報を表し、以前の変異分析を理解し解釈するための実験的枠組みを提供します。ここで提示された戦略は、らせん膜タンパク質構造の決定に対する従来のNMRアプローチの多くの制限を克服し、この重要なクラスのタンパク質への薬物様分子の結合の研究に適用することができます。

Ion channels play critical roles in signaling processes and are attractive targets for treating various diseases. Here we describe an NMR-based strategy for structural analyses of potassium channel-ligand complexes using KcsA (residues 1-132, with six mutations to impart toxin binding and to mimic the eukaryotic hERG channel). Using this approach, we determined the solution structure of KcsA in complex with the high-affinity peptide antagonist charybdotoxin. The structural data reveal how charybdotoxin binds to the closed form of KcsA and makes specific contacts with the extracellular surface of the ion channel, resulting in pore blockage. This represents the first direct structural information about an ion channel complexed to a peptide antagonist and provides an experimental framework for understanding and interpreting earlier mutational analyses. The strategy presented here overcomes many of the limitations of conventional NMR approaches to helical membrane protein structure determination and can be applied in the study of the binding of druglike molecules to this important class of proteins.