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1.
Cell ; 184(20): 5151-5162.e11, 2021 09 30.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34520724

RESUMO

The heartbeat is initiated by voltage-gated sodium channel NaV1.5, which opens rapidly and triggers the cardiac action potential; however, the structural basis for pore opening remains unknown. Here, we blocked fast inactivation with a mutation and captured the elusive open-state structure. The fast inactivation gate moves away from its receptor, allowing asymmetric opening of pore-lining S6 segments, which bend and rotate at their intracellular ends to dilate the activation gate to ∼10 Å diameter. Molecular dynamics analyses predict physiological rates of Na+ conductance. The open-state pore blocker propafenone binds in a high-affinity pose, and drug-access pathways are revealed through the open activation gate and fenestrations. Comparison with mutagenesis results provides a structural map of arrhythmia mutations that target the activation and fast inactivation gates. These results give atomic-level insights into molecular events that underlie generation of the action potential, open-state drug block, and fast inactivation of cardiac sodium channels, which initiate the heartbeat.


Assuntos
Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/química , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/metabolismo , Animais , Arritmias Cardíacas/genética , Microscopia Crioeletrônica , Células HEK293 , Frequência Cardíaca/efeitos dos fármacos , Humanos , Ativação do Canal Iônico , Modelos Moleculares , Simulação de Dinâmica Molecular , Mutação/genética , Miocárdio , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/isolamento & purificação , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/ultraestrutura , Propafenona/farmacologia , Conformação Proteica , Ratos , Sódio/metabolismo , Fatores de Tempo , Água/química
2.
Cell ; 180(1): 122-134.e10, 2020 01 09.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-31866066

RESUMO

Voltage-gated sodium channel Nav1.5 generates cardiac action potentials and initiates the heartbeat. Here, we report structures of NaV1.5 at 3.2-3.5 Å resolution. NaV1.5 is distinguished from other sodium channels by a unique glycosyl moiety and loss of disulfide-bonding capability at the NaVß subunit-interaction sites. The antiarrhythmic drug flecainide specifically targets the central cavity of the pore. The voltage sensors are partially activated, and the fast-inactivation gate is partially closed. Activation of the voltage sensor of Domain III allows binding of the isoleucine-phenylalanine-methionine (IFM) motif to the inactivation-gate receptor. Asp and Ala, in the selectivity motif DEKA, line the walls of the ion-selectivity filter, whereas Glu and Lys are in positions to accept and release Na+ ions via a charge-delocalization network. Arrhythmia mutation sites undergo large translocations during gating, providing a potential mechanism for pathogenic effects. Our results provide detailed insights into Nav1.5 structure, pharmacology, activation, inactivation, ion selectivity, and arrhythmias.


Assuntos
Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/genética , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/metabolismo , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/ultraestrutura , Animais , Linhagem Celular , Células HEK293 , Coração/fisiologia , Humanos , Ativação do Canal Iônico/fisiologia , Potenciais da Membrana/fisiologia , Técnicas de Patch-Clamp/métodos , Ratos , Sódio/metabolismo , Canais de Sódio/química , Relação Estrutura-Atividade , Canais de Sódio Disparados por Voltagem/metabolismo , Canais de Sódio Disparados por Voltagem/ultraestrutura
3.
Nat Commun ; 12(1): 128, 2021 01 04.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33397917

RESUMO

Voltage-gated sodium (NaV) channels initiate action potentials in excitable cells, and their function is altered by potent gating-modifier toxins. The α-toxin LqhIII from the deathstalker scorpion inhibits fast inactivation of cardiac NaV1.5 channels with IC50 = 11.4 nM. Here we reveal the structure of LqhIII bound to NaV1.5 at 3.3 Å resolution by cryo-EM. LqhIII anchors on top of voltage-sensing domain IV, wedged between the S1-S2 and S3-S4 linkers, which traps the gating charges of the S4 segment in a unique intermediate-activated state stabilized by four ion-pairs. This conformational change is propagated inward to weaken binding of the fast inactivation gate and favor opening the activation gate. However, these changes do not permit Na+ permeation, revealing why LqhIII slows inactivation of NaV channels but does not open them. Our results provide important insights into the structural basis for gating-modifier toxin binding, voltage-sensor trapping, and fast inactivation of NaV channels.


Assuntos
Miocárdio/metabolismo , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/química , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/metabolismo , Venenos de Escorpião/toxicidade , Animais , Sítios de Ligação , Microscopia Crioeletrônica , Células HEK293 , Humanos , Ativação do Canal Iônico/efeitos dos fármacos , Simulação de Dinâmica Molecular , Canal de Sódio Disparado por Voltagem NAV1.5/ultraestrutura , Conformação Proteica , Ratos , Venenos de Escorpião/química , Sódio/metabolismo
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