Identification of the binding pockets for peptide ligands in DEG/ENaC ion channels

• Applicant: Professor Dr. Stefan Gründer
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells ; Pharmacology
• Term: from 2018 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 405378766

Final Report Abstract

In diesem Projekt haben wir die Peptidbindetasche an drei verschiedenen DEG/ENaC Ionenkanälen identifiziert: von RFamid-Neuropeptiden an Acid-Sensing Ion Channel 3 (ASIC3), von Dynorphin-Opioidpeptiden an ASIC1a und von Hydra-RFamid-Neuropeptiden an Hydra Na+ Channels. Dabei ergab sich, dass die Bindetaschen von scheinbar verwandten RFamid-Peptiden an DEG/ENaCs erstaunlicherweise nicht identisch sind und die Modulation bzw. Aktivierung der Kanäle durch die Peptide nicht auf einer evolutionären Konservierung beruht. Die Modulation der Protonen-aktivierten ASIC-Ionenkanäle durch Neuropeptide trägt zu einem besseren Verständnis der physiologischen aber auch der pathophysiologischen Modulation dieser Kanäle, z.B. beim ischämischen Schlaganfall, bei. Die Identifizierung der Bindetaschen könnte in der Zukunft zur pharmakologischen Modulation dieser Ionenkanäle genutzt werden. Die Identifizierung der Bindetasche bei Peptid-aktivierten Ionenkanälen aus dem Nesseltier Hydra wiederum trägt zu unserem Verständnis der Evolution der neuronalen Kommunikation in einfachen Nervensystemen bei. Wir hatten bei der Durchführung der Experimente mit verschiedenen methodischen Problemen zu kämpfen und mussten unsere Versuchsansätze mehrmals anpassen und ändern. Letztlich ist es uns aber gelungen, alle drei Projektteile zu einem erfolgreichen Abschluss zu bringen. Unsere Ergebnisse wurden in renommierten internationalen Zeitschriften publiziert; die Ergebnisse aus Projektteil 3 werden im Jahr 2024 zur Publikation eingereicht. Damit konnte sich meine Gruppe international weiter als eine produktive Gruppe im DEG/ENaC Feld etablieren, die originelle Forschung betreibt. Schließlich hat das DFG-geförderte Projekt die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses gefördert. Zwei medizinische und eine naturwissenschaftliche Arbeit wurden im Zusammenhang mit diesem Projekt erfolgreich abgeschlossen. Zusammenfassend vertiefen die im Rahmen dieses Projektes gewonnenen Ergebnisse unser Verständnis der Aktivierung und Modulation von DEG/ENaCs sowie der Evolution dieser Ionenkanalfamilie.

Publications

• Dynorphin Neuropeptides Decrease Apparent Proton Affinity of ASIC1a by Occluding the Acidic Pocket.J. Med. Chem., 64(18), 13299-13311 (2021)
  Leisle L, Margreiter M, Ortega-Ramírez A, Cleuvers E, Bachmann M, Rossetti, G und Gründer S.
  
• Efficient expression of a cnidarian peptide-gated ion channel in mammalian cells.Channels, 15(1), 273-283 (2021)
  Bachmann M, Ortega-Ramírez A, Leisle L und Gründer S.
  
• The Neuropeptide Nocistatin Is Not a Direct Agonist of Acid-Sensing Ion Channel 1a (ASIC1a). Biomolecules, 11(4), 571 (2021)
  Kuspiel S, Wiemuth D und Gründer S.
  
• Neuropeptides and degenerin/epithelial Na+ channels: a relationship from mammals to cnidarians. J. Physiol., 601(9), 1583-1595 (2023)
  Gründer S., Ortega-Ramírez A. und Jékely G.
  
• (2024). A conserved peptide-binding pocket in HyNaC/ASIC ion channels. Proc Natl Acad Sci U S A, 121(41), e2409097121.
  Ortega-Ramírez, A. M., Albani, S., Bachmann, M., Schmidt, A., Pinoé-Schmidt, M., Assmann, M.,Augustinowski K.,Rossetti G.,Gründer S