Ligand-gated ion channels play an important role in electrochemical signal transduction across diverse organisms, yet their structural and functional intricacies are not fully understood. Particularly lacking is the knowledge of their response to variations in pH, an aspect necessary for understanding their physiological relevance and potential therapeutic targeting in neurological diseases. In this thesis project, I have investigated the mechanistic response of sTeLIC, a recently reported prokaryotic member of the pentameric ligand-gated ion channel family, to different environmental conditions. Using molecular dynamics simulations, a total of 16 different environmental conditions have been explored including variations in pH (neutral and alkaline), the presence and absence of calcium, and the inclusion of an electric field acting as an external driving force on charged atoms. The results reveal a comprehensive pH-sensing and gating mechanism involving key residues, notably E106 (on the β6 strand) and E160 (on loop F), and their local microenvironments. Additionally, an inhibitory mechanism for calcium is proposed, with E160 playing an important role. The simulations including an electric field has provided support for a non-conventional ion pathway through the pore. Collectively, these results offer insights into a mechanistic framework that may extend to other physiologically relevant systems, providing a foundation for further investigations and potential future therapeutic intervention. / pLGICs har en viktig roll i det elektrokemiska signalsystemet i många organismer, men detaljerna i deras struktur och framför allt funktion är fortfarande inte helt klargjorda. Särskilt är detaljerna kring deras reaktion på ändringar i pH-värde relativt okända, vilket är en viktig del i att förstå kanalernas fysiologiska roll och för att potentiellt hitta läkemedel mot neurologiska sjukdomar där dessa är inblandade. I det här arbetet har jag undersökt hur sTeLIC, som är ett nyligen publicerat bakteriellt protein i familjen pLGICs, reagerar på olika ändringar i miljön. Jag har använt molekyldynamiksimuleringar för att unders öka 16 olika miljöer med två olika pH-värden (neutralt och alkaliskt), med eller utan kalcium samt med eller utan en extern drivkraft över membranet i form av ett elektrisk fält. Arbetet har resulterat i en föreslagen mekanism förhur sTeLIC känner av pH och hur öppningen av kanalen går till. Denna mekanism involverar aminosyrorna E106, som finns på β6-strängen, och E160, som finns på F-loopen, samt deras omgivning. Dessutom har en modulatorisk mekanism föreslagits för en kalciuminhiberande effekt på sTeLIC som också involverar E160. Simuleringarna med en drivkraft över membranet har gett stöd för en ny väg för joner genom kanalen. Tillsammans ger dessa resultat insikt i en mekanism som eventuellt kan appliceras p ̊a andra system. Detta har lagt grunden för fortsatt undersökning som potentiellt kan leda till framtida läkemedelsutveckling inom området.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-347342 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Ygland, Ida |
| Publisher | KTH, Tillämpad fysik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2024:065 |
Page generated in 0.0024 seconds