膜张力和脂质分子调控TREK1钾通道的分子机制

Background TREK1 channels play a key role in stabilizing the resting membrane potential. They are modulated by mechanical stretch, phospholipids and transmitters, etc. TREK1 is involved in the physiology and pharmacology process of depression，neuron protection, and pain. The gating mechanism of TREK1 by membrane tension and phospholipids is still unexplored, so we combine the methods of structural analysis , single channel recording and crystallography to answer 3 important questions: 1) The role of "G-loop gate" during the process of activation of TREK1 by the stimulations of membrane stretch and phospholipids? The mutations at the area of G-loop gate and single channel recording will be performed on TREK1 channels. 2) To determine the interaction between lipids and TREK channel by the methods of crystallography. 3) single channel recording and analysis are performed to reveal the gating kinetics of TREK1 channels.We have achieved preliminary results to support that this project is running well. This projects will provide important evidence for role of TREK1 in physiology and pharmacology conditions such as antidepressant, neuroprotection, and pain, etc.

TREK1钾通道是一种持续开放的背景电流，对于稳定神经元膜电位有重要作用。该通道受多种因素调控，包括膜张力、脂质分子、挥发性麻醉剂等因素。该通道可能与抗抑郁、神经保护、痛觉等多种病理过程有关。目前对于极性脂质分子和膜张力开放TREK1通道的分子机制尚不清楚。我们综合结构分析、单通道电生理和晶体结构方法从以下三个方面阐明膜张力和脂质分子调控TREK1的机制：1.针对可能的关键区域开展定点突变和单通道功能研究，检测脂质分子和膜张力开放通道的能障变化。2.通过晶体结构的研究，争取看到脂质分子与TtMscS通道的结合，同时积极开展对TREK1钾通道的表达纯化和晶体学研究。 3. 记录和分析TREK1的单通道电流，为阐明TREK1钾通道的分子机制提供新证据。本项目具有很好的研究基础，可以保证本项目能够顺利开展。本项目实施将有助于全面理解TREK1钾通道在抗抑郁、神经保护等各种生理和病理程中的作用。

TREK1通道在神经系统中具有高表达，是抗抑郁的靶标。敲除kcnk2基因的小鼠表现出抗抑郁的行为。除此之外，TREK1还与麻醉、阵痛和神经保护相关，在与疼痛相关的神经元细胞中表达。敲除表达TREK1的基因kcnk2，小鼠更容易脑内缺血、癫痫发作。因此，TREK1可作为靶标研发治疗精神、神经类疾病的药物。.长期以来一直缺乏TREK1特异性的调节剂，我们综合了计算模拟和虚拟筛选以及功能试验，发现了TREK1特异性结合的新靶点，从30万化合物筛选了50个高亲和的化合物。经过大量的定点突变和功能研究，发现了特异性高亲和的调节剂，通过动物实验，确定了快速抗抑郁的先导化合物。.按照项目计划，我们重点TREK1钾通道的调控机制，研究细胞膜张力对TREK1功能影响，开展了TREK1单通道膜片钳研究，揭示了影响TREK1压力敏感性的关键氨基酸位点。应用G蛋白偶联受体与TREK1共表达，研究了PIP2降解对TREK1功能的影响。同时也阐明了TtMscS通道的离子选择性机制。该项支持所取得的成果获得了《中国科学报》、《中国科学基金》以及风投公司的报道和洽谈兴趣。在本项基金的支持下，发表论文12篇，其中9篇标注了本基金编号，申请专利3项，培养研究生4人，在读博士生2人，博士后1人。圆满完成了预定计划。