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Evidence that extracellular anions interact with a site outside the CFTR chloride channel pore to modify channel properties

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Extracellular anions enter into the pore of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) Cl- channel, interacting with binding sites on the pore walls and with other anions inside the pore. There is increasing evidence that extracellular anions may also interact with sites away from the channel pore to influence channel properties. We have used site-directed mutagenesis and patch-clamp recording to identify residues that influence interactions with external anions. Anion interactions were assessed by the ability of extracellular Pt(NO2)4 2- ions to weaken the pore-blocking effect of intracellular Pt(NO2)4 2- ions, a long-range ion-ion interaction that does not appear to reflect ion interactions inside the pore. We found that mutations that remove positive charges in the 4th extracellular loop of CFTR (K892Q and R899Q) significantly alter the interaction between extracellular and intracellular Pt(NO2)4 2- ions. These mutations do not affect unitary Cl- conductance or block of single-channel currents by extracellular Pt(NO2)4 2- ions, however, suggesting that the mutated residues are not in the channel pore region. These results suggest that extracellular anions can regulate CFTR pore properties by binding to a site outside the pore region, probably by a long-range conformational change. Our findings also point to a novel function of the long 4th extracellular loop of the CFTR protein in sensing and (or) responding to anions in the extracellular solution.

Les anions extracellulaires entrent dans le pore du canal Cl- régulateur de la perméabilité transmembranaire de la fibrose kystique (CFTR), interagissant avec les sites de liaison sur les parois du pore et avec d’autres anions à l’intérieur du pore. Toutefois, un nombre croissant de résultats indiquent que les anions pourraient aussi interagir avec des sites éloignés du pore du canal pour influer sur les propriétés du canal. Nous avons utilisé la mutagénèse dirigée et l’enregistrement patch clamp pour identifier les résidus qui influencent les interactions avec les anions externes. Nous avons évalué les interactions anioniques par la capacité des ions Pt(NO2)4 2- extracellulaires d’affaiblir l’effet bloquant des ions Pt(NO2)4 2- intracellulaires sur le pore, une interaction ion-ion à longue portée qui ne semble pas refléter les interactions ioniques à l’intérieur du pore. Nous croyons que les mutations qui éliminent les charges positives dans la quatrième boucle extracellulaire du CFTR (K892Q et R899Q) modifient significativement l’interaction entre les ions Pt(NO2)4 2- intracellulaires et extracellulaires. Toutefois, ces mutations n’influent pas sur la conductance au Cl- unitaire ou sur le blocage des courants des canaux individuels par les ions Pt(NO2)4 2- extracellulaires, ce qui laisse croire que les résidus mutés ne sont pas dans le voisinage du pore du canal. Ces résultats donnent à penser que les anions extracellulaires peuvent réguler les propriétés du pore du canal CFTR en se liant à un site extérieur de la région du pore, probablement par une modification conformationnelle à longue portée. Nos résultats font aussi ressortir une nouvelle fonction de la longue quatrième boucle extracellulaire de la protéine CFTR dans la détection et (ou) la réponse aux anions dans une solution extracellulaire.
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Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2009

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