Development of computational methods for the analysis of conductance and unitary permeability of channels formed by connexins involved in hereditary deafness

Questo progetto Ph.D. si è concentrato sullo studio dei canali di membrana composti dalla proteina connessina 26 (Cx26). In particolare, abbiamo analizzato la conduttanza, la permeabilità e/o differenze strutturali di mutazioni correlate a sordità di canali di giunzione Gap Cx26 o emicanali, utilizzando diversi approcci di dinamica molecolare e meccanica statistica. La prima parte di questa tesi presenta la struttura dei canali di giunzione gap e le ​​connessine che li formano. Successivamente, si sofferma sulla funzione dei canali giunzione gap e emicanali di connessine, in particolare sulla loro conduttanza e permeabilità, due proprietà fondamentali esplorate nel resto del lavoro. Questa sezione introduttiva contiene anche una breve panoramica di esperimenti di elettrofisiologia condotti sui canali connessina. Si conclude con una sezione sulle proprietà di gating che modificano lo stato di conduttanza e una discussione sulle mutazioni della connessina correlate a malattie. La seconda parte presenta i principali risultati ottenuti nel corso di questo dottorato, a partire dal modello full atom su cui si basa il lavoro, e una discussione dei miglioramenti ottenuti durante questo progetto. Il resto dei risultati sono suddivisi in tre temi: (a) analisi strutturale, (b) conduttanza e (c) permeabilità. a) Questa sezione riassume i risultati ottenuti per il mutante Cx26 C169Y, la cui analisi mostra un grande spostamento delle spire extracellulari e, conseguentemente, dei residui criticamente coinvolti nell-aggancio degli emicanali. b) In questa sezione introduce due metodi per calcolare la conduttanza ionica di un emicanale di connessina e li applica a tre diversi modelli: il mutante Cx26 M34T, l-emicanale WT Cx26 in una rappresentazione a grana grossa (coarse grained) e il modello di emicanale WT full-atomo legato ad un anticorpo. c) Questa sezione inizia con la spiegazione del metodo utilizzato per calcolare il potenziale della forza media (PMF) per il passaggio di una molecola attraverso il poro del canale e una possibile interpretazione di questo potenziale. Il PMF è stato poi utilizzato per quantificare la permeazione di molecole diverse (IP3, ATP e glucosio) attraverso Cx26 WT e l-emicanale mutante V84L. Il capitolo termina con un'analisi strutturale che rappresenta le differenze nella permeabilità dei due modelli. Questa tesi contiene anche una discussione generale dei risultati evidenziati sopra e una appendice metodologica.