Mecanismo de modulación lipídica de las compuertas de un canal de K+

Abstract

Investigaciones previas indican que los fosfolípidos aniónicos como POPA influyen en la actividad del canal de potasio KcsA ralentizando su inactivación. Este estudio examinó si el efecto de POPA es directo (por unión específica al canal) o indirecto (por cambios en las propiedades físicas de la membrana) y cómo afecta a las compuertas que controlan la función del canal (compuerta externa (SF) y a la compuerta interna), utilizando mutantes reconstituidos en liposomas y nanodiscos con o sin POPA. El análisis Homo-FRET reveló que la afinidad del SF por K⁺ es pH-dependiente. A pH 7 (estado cerrado), SF exhibe una alta afinidad por K⁺, mientras que a pH 4 (estado abierto/inactivado), esta afinidad disminuye. La modulación por POPA incrementa la afinidad de SF por K⁺ a pH 4, estabilizando así el estado conductor. Concomitantemente, POPA promueve la apertura de la puerta interna a pH neutro mediante el aumento del pKa de este proceso conformacional. Utilizando la mutación KcsA R64A, que bloquea el SF en conformación conductora se puede concluir que POPA modula de forma independiente las compuertas del canal de potasio KcsA. Este trabajo demuestra que los fosfolípidos aniónicos modulan las transiciones conformacionales del canal KcsA de manera directa, actuando de forma independiente sobre el filtro de selectividad y la compuerta interna, y que los nanodiscos constituyen un sistema modelo válido para estos estudios. Previous research indicates that anionic phospholipids such as POPA influence the activity of the KcsA potassium channel by slowing its inactivation. This study examined whether the effect of POPA is direct (by specific binding to the channel) or indirect (by changes in the physical properties of the membrane) and how it affects the gates that control channel function (external gate (SF) and internal gate), using mutants reconstituted in liposomes and nanodiscs with or without POPA. Homo-FRET analysis revealed that the affinity of SF for K⁺ is pH-dependent. At pH 7 (closed state), SF exhibits a high affinity for K⁺, while at pH 4 (open/inactivated state), this affinity decreases. Modulation by POPA increases the affinity of SF for K⁺ at pH 4, thus stabilizing the conductive state. Concomitantly, POPA promotes the opening of the internal gate at neutral pH by increasing the pKa of this conformational process. Using the KcsA R64A mutation, which blocks SF in the conducting conformation, it can be concluded that POPA independently modulates the gates of the KcsA potassium channel. This work demonstrates that anionic phospholipids directly modulate the conformational transitions of the KcsA channel by acting independently on the selectivity filter and the internal gate, and that nanodisks are a valid model system for these studies.