Ligandenbindung und Aktivierungsgating in CNG- und HCN-Kanälen: Kombinierte optische, elektrophysiologische und mathematische Analysen

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Benndorf
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 54760699

CNG- und HCN-Kanäle werden durch Bindung cyclischer Nukleotide an der intracellulären Bindungsstelle jeder der vier Untereinheiten aktiviert bzw. moduliert. Der Vorgang ist hochgradig kooperativ, d.h. die Untereinheiten beeinflussen sich in ihrer Funktion gegenseitig. Überraschenderweise ist die Kooperativität sowohl positiv als auch negativ. Die Natur dieser komplexen Kooperativität soll weiter aufgeklärt werden. Dazu soll, wie bereits in der ersten Antragsphase, eine Kombination molekularbiologischer, elektrophysiologischer, optischer und mathematischer Verfahren eingesetzt werden. Die wesentlichen Ziele sind: (1) Für homotetramere CNGA2- und HCN2-Kanäle sowie für heterotetramere CNGA2/CNGA4/CNGB1b-Kanäle soll nach Bindung des ersten Liganden die Reihenfolge der Ligandenbindung an die noch unligandierten drei Untereinheiten aufgeklärt werden. Aufbauend auf erfolgreichen Voruntersuchungen sollen für alle drei Kanaltypen tetramere Konkatamere systematisch hergestellt und in ihren Bindungs- und Aktivierungseigenschaften vermessen werden. (2) Die zeitabhängigen Signale der Bindung und Aktivierung sowie Dissoziation und Deaktivierung sollen quantitativ mit Hilfe globaler Approximationsstrategien mit Markov-Modellen analysiert werden. (3) Die Untersuchungen sollen durch Einzelkanalanalysen sowohl für HCN2- als auch heterotetramere CNGA2/CNGA4/CNGB1b-Kanäle ergänzt werden. (4) Für HCN2-Kanäle soll die globale Approximation darüber hinaus zur Verbesserung des Verständnisses der spannungsabhängigen Aktivierung verwendet werden. Insgesamt lassen die Ergebnisse ein wesentlich besseres Verständnis der Funktion tetramerer HCN- und CNG-Kanäle im Speziellen und multimerer allosterischer Proteine im Allgemeinen erwarten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Ralf Schmauder; Privatdozent Dr. Thomas Zimmer