โมเดลเชิงโครงสร้างเพื่อสำรวจกลไกการผ่านของไอออนในเมมเบรนโปรตีนแชนนัลจากข้อมูลอีพีอาร์สปินเลเบลิงและการจำลองในระดับโมเลกุล : รายงานวิจัย

พรเทพ สมพรพิสุทธิ์

dc.contributor.author	พรเทพ สมพรพิสุทธิ์
dc.contributor.other	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
dc.date.accessioned	2018-04-17T04:48:53Z
dc.date.available	2018-04-17T04:48:53Z
dc.date.issued	2558
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/58527
dc.description.abstract	เมมเบรนโปรตีนมีหน้าที่สำคัญในการคัดกรองและลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์ผ่านชั้นเมมเบรนฟอสโฟลิพิด การศึกษาโครงสร้างสามมิติของโปรตีนด้วยวิธีผลึกศาสตร์รังสีเอ็กซ์หรือนิวเคลียร์แมกเนติกส์เรโซแนนซ์เป็นวิธีที่ให้รายละเอียดทางโครงสร้างที่มีความถูกต้องสูง แต่ด้วยข้อจำกัดทางเทคนิคและความยากในการศึกษา การใช้เทคนิคสเปกโทรสโคปีอื่นๆ แม้ว่าจะให้ความละเอียดของข้อมูลเชิงโครงสร้างที่น้อยกว่า แต่เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการศึกษาทางโครงสร้าง รายงานวิจัยนี้เสนอผลงานวิจัยจำนวนสองเรื่อง เรื่องที่หนึ่งนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะพัก ของโดเมนรับรู้ทางศักย์ไฟฟ้าของโวเทจเกทโพแทสเซียมแชนนัล (KvAP-VSD) กับเรื่องที่สองนำเสนอผลงานวิจัยของการสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างที่สภาวะเปิดของแมกนีเซียมแชนนัล การสร้างโมเดลเชิงโครงสร้างนี้ใช้ข้อมูลจากเทคนิคอีพีอาร์และการติดสปินที่ตำแหน่งจำเพาะต่างๆบนโปรตีนร่วมกับเทคนิคการออกแบบเชิงโมเลกุลด้วยวิธี PaDSAR ผลการศึกษาได้โครงสร้างที่สามารถอธิบายรูปแบบการเคลื่อนตัวของส่วนท่อนทรานสเมมเบรน S4 ของ KvAP-VSD และการเคลื่อนที่ประจุบวกของอาร์จินีนตำแหน่ง R120, R123, R126 และ R133 ผ่านบริเวณลิพิดไบเลเยอร์ในช่วงเกิดเมมเบรนดีโพลาไรเซชัน รวมทั้งพบการเปลี่ยนขนาดรอยแยกของ KvAP-VSD ที่น้ำแทรกเข้าไปอยู่ และการแลกเปลี่ยนคู่พันธะไฮโดรเจนของอาร์จินีนกับกรดอะมิโนประจุลบบนท่อนทรานสเมมเบรน S1, S2 และ S3 สำหรับผลการศึกษาโครงสร้างที่สภาวะเปิดของ CorA Mg2+ channel พบว่าปลายด้านสทอล์คเฮลิกส์ห้าเคลื่อนเข้าหาแกนสมมาตรและทำให้เกิดการขยายของโพรงและปากทางเข้าโพรงเปิดกว้างขึ้น การคำนวณแรงระหว่างประจุด้วยทฤษฎีปัวซอง-โบลทซ์มานแสดงให้เห็นถึงกำแพงพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของ Mg2+ บริเวณทางผ่านของไอออนในสภาวะคอนฟอร์เมชันปิดลดลงอย่างชัดเจนในสภาวะเปิด	en_US
dc.description.abstractalternative	Membrane proteins play an important role for screening and transporting molecules or ions across phospholipid membrane. Structure determination by x-ray crystallography or nuclear magnetic resonance is the method that provides detailed structure with high-resolution and accuracy. However, it has technical difficulty and limitation. Other lower resolution spectroscopic techniques combined with molecular modeling techniques are therefore powerful and alternative for the study. To gain further insight into the gating mechanisms, this report presents structure models of two proteins: voltage sensor domain of voltage-gated potassium channel (KvAP-VSD) at resting state and open conformation of magnesium channel. These structure models were built using a special molecular modeling tool called PaDSAR designed for using information from site-directed spin labeling and EPR techniques: The results illustrated the transmembrane motion of S4 of KvaP-VSD and the displacement of positively charged arginines including: R120, R123, R126 and R133 within lipid bilayer during membrane depolarization. This results in changes in water-filled crevice within voltage sensor core and changes in salt-bridge hydrogen bonding between S4 arginines and negatively charge residues on S1, S2 and S3. The structure model of an open conformation of CorA Mg2+ channel demonstrated the tips of the stalk helices come together towards the axis of symmetry and translate into an expansion of the cavity and the mouth of the pore. Poisson-Boltzmann electrostatic calculation shows that a large energy barriers impedes the movement of Mg2+ through the permeation pathway in the closed conformation are alleviated in the open conformation.	en_US
dc.description.sponsorship	ได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจาก กองทุนวิจัยรัชดาภิเษกสมโภช	en_US
dc.language.iso	th	en_US
dc.publisher	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.rights	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.subject	เมมเบรน (ชีววิทยา)	en_US
dc.subject	เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน	en_US
dc.subject	เยื่อหุ้มเซลล์	en_US
dc.subject	ไอออน	en_US
dc.subject	Membrane proteins	en_US
dc.subject	Ion-permeable membranes	en_US
dc.subject	Cell membranes	en_US
dc.subject	Ions	en_US
dc.title	โมเดลเชิงโครงสร้างเพื่อสำรวจกลไกการผ่านของไอออนในเมมเบรนโปรตีนแชนนัลจากข้อมูลอีพีอาร์สปินเลเบลิงและการจำลองในระดับโมเลกุล : รายงานวิจัย	en_US
dc.title.alternative	Structure model for exploring the ion permeation mechanism in membrane protein channel based on EPR spin labeling data and molecular simulations	en_US
dc.type	Technical Report	en_US
dc.email.author	Pornthep.S@Chula.ac.th