FOR 2518/1: Funktionale Dynamik von Ionenkan?len und Transportern – DynIon – Ionenpermeation in kaliumselektiven und nicht-selektiven Kationenkan?len (TP 03)

Die Aktivierung von Glutamatrezeptoren des AMPA-Typs in exzitatorischen Synapsen ist ein für das komplexe Denken essentielles Ereignis im Nerven System. Die molekularen Mechanismen der Kationenpermeabilit?t (einschlie?lich des kritischen Second Messengers Ca2+) in AMPA-Rezeptoren sind bis dato unbekannt, da alle verfügbaren Strukturen eine geschlossene Pore und einen unstrukturierten Selektivit?tsfilter zeigen. Unser Ziel ist es, die GluA2 Pore von Artverwandten zu kristallisieren und dafür prokaryotische Ionenkan?le als Gerüst zu verwenden. Wir werden die Eignung der Kandidaten für atomare Simulationen der Ionenpermeation mit Hilfe von Elektrophysiologie validieren. Mit Hilfe von Strukturmodellen werden wir die Permeabilit?t der Kationen gem?? der verschiedenen, chemischer Eigenschaften von nativen Kan?len simulieren und die daraus abgeleiteten Prognosen mit Einzelkanalaufzeichnungen testen. AMPA-Rezeptorkomplexe sind mit zahlreichen Hilfsproteinen versehen, die einerseits als Chaperone fungieren, aber auch die Rezeptoren mit ungew?hnlichen Aktivierungseigenschaften ausstatten k?nnen. Dies jedoch durch bisher weitgehend unbekannte Mechanismen. In einem zweiten, unabh?ngigen Ansatz m?chten wir die strukturellen Mechanismen identifizieren, die der Wirkung durch Hilfsproteine zu Grunde liegen. Dafür werden Glutamatrezeptordom?nen mit Segmenten von Hilfsproteinen co-kristallisiert, um in der Folge Markov Zustandsmodelle der Dynamik von der Aktivierungseinheit des AMPA-Rezeptors (das aktive Dimer der Ligandenbindungsdom?ne) zu erstellen. Der Einfluss, den die Wechselwirkungen mit Hilfsproteinen auf diese Rezeptordynamik hat, wird durch kurze, sich im Ungleichgewicht befindliche atomistische Simulationen beurteilt. Basierend auf diesen Ergebnissen werden Mutanten designt, welche elektrophysiologisch untersucht werden.