Interactions Between a Voltage Sensor and a Toxin via Multiscale Simulations

分子动力学 生物物理学 脂质双层 化学 连接器 门控 离子通道 双层 钾通道 膜电位 毒素 平均力势 生物化学 计算化学 生物 计算机科学 受体 操作系统
作者
Chze Ling Wee,David J. Gavaghan,Mark S.P. Sansom
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier BV]
卷期号:98 (8): 1558-1565 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2009.12.4321
摘要

Gating-modifier toxins inhibit voltage-gated ion channels by binding the voltage sensors (VS) and altering the energetics of voltage-dependent gating. These toxins are thought to gain access to the VS via the membrane (i.e., by partitioning from water into the membrane before binding the VS). We used serial multiscale molecular-dynamics (MD) simulations, via a combination of coarse-grained (CG) and atomistic (AT) simulations, to study how the toxin VSTx1, which inhibits the archeabacterial voltage-gated potassium channel KvAP, interacts with an isolated membrane-embedded VS domain. In the CG simulations, VSTx1, which was initially located in water, partitioned into the headgroup/water interface of the lipid bilayer before binding the VS. The CG configurations were used to generate AT representations of the system, which were subjected to AT-MD to further evaluate the stability of the complex and refine the predicted VS/toxin interface. VSTx1 interacted with a binding site on the VS formed by the C-terminus of S1, the S1-S2 linker, and the N-terminus of S4. The predicted VS/toxin interactions are suggestive of toxin-mediated perturbations of the interaction between the VS and the pore domain of Kv channels, and of the membrane. Our simulations support a membrane-access mechanism of inhibition of Kv channels by VS toxins. Overall, the results show that serial multiscale MD simulations may be used to model a two-stage process of protein-bilayer and protein-protein interactions within a membrane.
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