Accurate Determination of Conformational Transitions in Oligomeric Membrane Proteins

The structural dynamics governing collective motions in oligomeric membrane proteins play key roles in vital biomolecular processes at cellular membranes. In this study, we present a structural refinement approach that combines solid-state NMR experiments and molecular simulations to accurately describe concerted conformational transitions identifying the overall structural, dynamical, and topological states of oligomeric membrane proteins. The accuracy of the structural ensembles generated with this method is shown to reach the statistical error limit, and is further demonstrated by correctly reproducing orthogonal NMR data. We demonstrate the accuracy of this approach by characterising the pentameric state of phospholamban, a key player in the regulation of calcium uptake in the sarcoplasmic reticulum, and by probing its dynamical activation upon phosphorylation. Our results underline the importance of using an ensemble approach to characterise the conformational transitions that are often responsible for the biological function of oligomeric membrane protein states

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЕРВЫХ ФАЗ ДЕФИБРИЛЛЯЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ БИПОЛЯРНОЙ ФОРМЫ НА МЕМБРАНУ КАРДИОМИОЦИТА

Objective: to evaluate the effects of the immunostimulants panavir and derinate on a postresuscitation process in animals of different sexes.Material and methods. The investigation was made on 200—250-g albino rats of both sexes in winter. Circulation  was  stopped  by  intrathoracic  ligation  of  the  cardiac  vascular  bundle  in  ether<anesthetized  rats  for  10  min. Functional recovery of the central nervous system and changes in sex steroid hormones were assessed in the postresuscitation period. The investigation used two immunoactive drugs: panavir 0.02 mg/kg and derinate 150 μg/kg. Either agent was intramuscularly injected twice: at 3 0 minutes after resuscitation and on the following day.Results. The injected drugs were ascertained to have a positive effect on functional recovery of the brain. Their use was shown to modify the sex steroid hormone  profiles  in  both  males  and  females  in  the  early postresuscitation period.Conclusion. The findings suggest that the immunoactive agents are able to affect the nervous and  endocrine  systems  in  critical  conditions.Цель — обоснование эффективности биполярных импульсов различной формы и длительности.Метод. Для исследования была использована модель мембраны кардиомиоцита морской свинки Luo-Rudy Mammalian Ventricular Model II (dynamic), 1994—2000 гг. Воздействие электрических разрядов на мембрану кардиомиоцита проводили методом замещения плотности тока изучаемого импульса. Затем рассчитывали пороговый энергетический коэффициент импульса, который рассматривали в качестве интегрального показателя порогового воздействия (критерий эффективности) импульса, измеряемый в мкА 2 мс/см4 . Проводили сравнение: классического квазисинусоидального импульса, ступенчатого квазисинусоидального, прямолинейного, классического трапецеидального, трапецеидального модулированного (наличие высокочастотных, высокоамплитудных осцилляций тока) импульса и его немодулированного эквивалента, трапецеидального импульса с пологими фронтом и срезом и длительностью, равной длительности классического квазисинусоидального. Форма импульсов соответствовала сопротивлению грудной клетки около 100 Ом.Результаты.  Самыми  эффективными  импульсами  оказались:  квазисинусоидальный  ступенчатый  (229,6  мкА2 мс/см4),  затем классический квазисинусоидальный (249 мкА2 мс/см4 , +9%) и трапецеидальный с пологими фронтом и срезом (253,0 мкА2 мс/см4 , +10%). Самая низкая эффективность (по значению порогового энергетического коэффициента) оказалась у трапецеидального модулированного импульса (397 мкА2 мс/см4 , +73%). Остальные импульсы занимают промежуточное положение между указанными выше импульсами в следующем порядке: эквивалент модулированного трапецеидального  импульса  (272,0  мкА2 мс/см4),  затем  прямолинейный  (273,5  мкА2 мс/см4 )  и  классический трапецеидальный импульс (307,7 мкА2 мс/см4 ).Заключение. По критерию порогового возбуждения модели мембраны кардиомиоцита морской свинки Luo-Rudy самыми эффективными импульсами являются: квазисинусоидальный ступенчатый, затем — классический квазисинусоидальный и трапецеидальный с пологими фронтом и срезом.

Transmembrane helix dynamics of bacterial chemoreceptors supports a piston model of signalling.

Transmembrane α-helices play a key role in many receptors, transmitting a signal from one side to the other of the lipid bilayer membrane. Bacterial chemoreceptors are one of the best studied such systems, with a wealth of biophysical and mutational data indicating a key role for the TM2 helix in signalling. In particular, aromatic (Trp and Tyr) and basic (Arg) residues help to lock α-helices into a membrane. Mutants in TM2 of E. coli Tar and related chemoreceptors involving these residues implicate changes in helix location and/or orientation in signalling. We have investigated the detailed structural basis of this via high throughput coarse-grained molecular dynamics (CG-MD) of Tar TM2 and its mutants in lipid bilayers. We focus on the position (shift) and orientation (tilt, rotation) of TM2 relative to the bilayer and how these are perturbed in mutants relative to the wildtype. The simulations reveal a clear correlation between small (ca. 1.5 Å) shift in position of TM2 along the bilayer normal and downstream changes in signalling activity. Weaker correlations are seen with helix tilt, and little/none between signalling and helix twist. This analysis of relatively subtle changes was only possible because the high throughput simulation method allowed us to run large (n = 100) ensembles for substantial numbers of different helix sequences, amounting to ca. 2000 simulations in total. Overall, this analysis supports a swinging-piston model of transmembrane signalling by Tar and related chemoreceptors