Mechanisms of Ion Channel Gating

• Applicant: Professor Dr. Ulf-Peter Hansen
• Subject Area: Plant Biochemistry and Biophysics
• Term: from 2000 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5228782

Metallionen können den Transport anderer Ionen durch einen biologischen Ionenkanal blockieren. Die Frage ist, ob das fremde Ion die Transportgeschwindigkeit pro Ion beeinflußt (Permeation effect) oder ob die Verweildauer in inaktiven Zuständen (Gating effect) sich ändert. Diese Gating Effekte liegen in einem so schnellen Zeitbereich, dass sie sich meistens der direkten Beobachtung entziehen. Drei verschiedene mathematische Ansätze zur Analyse der mit Patch-Clamp-Messungen am Einzelkanal gewonnenen Zeitreihen wurden verbessert. Während die verbesserte Dwell-Time-Analyse ausreicht, das Gating beim Cs -Block des K*-Kanals in Chara nachzuweisen, ist das schnelle Schalten während des AMFE (anomaler Molfraktionseffekt) in TI /K -Lösung nur mit dem direkten Zeitreihenfit, der sich auf der Basis eines Hidden-Markov-Modells auf eine 1-Schritt Prädiktion stützt, im Bereich von 30 µs nachweisbar. Das zeitliche Auflössungsvermögen soll weiter erhöht werden, indem zum einen das mathematische Werkzeug verbessert wird und zum anderen die Rauschquellen weiter minimiert werden. Das ERste geschieht, indem der direkte Zeitreihenfit mit der Analyse der Betaverteilungen (Amplitudenverteilung, die aufgrund gefilterter schneller Prozesse von der Gaußverteilung abweicht) kombiniert wird, das Zweite z.B. durch Benutzung von Quarzpipetten. Damit kann dann untersucht werden, ob im Block durch Na oder Ca2 auch Gating Prozesse entdeckt werden können. Die Arbeitshypothese ist, dass die Bindungen von ionen an den äusseren vier P-Loops des Kanalproteins den Porenradius derart verändert, dass der Kanal für die Ionsorte durchlässig wird, die alle vier Bindungsstellen besetzt. Es wird untersucht, ob solch ein Modell die Phänomenologie des AMFE erklären kann, und ob sich Details über diesen Mechanismus durch Punktmutationen am Porenmund ermitteln lassen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr. Axel J. Scheidig