Modeling the human Nav1.5 sodium channel: structural and mechanistic insights of ion permeation and drug blockade
Notice bibliographique
Résumé
Marawan Ahmed,1 Horia Jalily Hasani,1,* Aravindhan Ganesan,1,* Michael Houghton,2–4 Khaled Barakat1–3 1Faculty of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 2Li Ka Shing Institute of Virology, 3Li Ka Shing Applied Virology Institute, 4Department of Medical Microbiology and Immunology, Katz Centre for Health Research, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada *These authors contributed equally to this work Abstract: Abnormalities in the human Nav1.5 (hNav1.5) voltage-gated sodium ion channel (VGSC) are associated with a wide range of cardiac problems and diseases in humans. Current structural models of hNav1.5 are still far from complete and, consequently, their ability to study atomistic interactions of this channel is very limited. Here, we report a comprehensive atomistic model of the hNav1.5 ion channel, constructed using homology modeling technique and refined through long molecular dynamics simulations (680 ns) in the lipid membrane bilayer. Our model was comprehensively validated by using reported mutagenesis data, comparisons with previous models, and binding to a panel of known hNav1.5 blockers. The relatively long classical MD simulation was sufficient to observe a natural sodium permeation event across the channel’s selectivity filters to reach the channel’s central cavity, together with the identification of a unique role of the lysine residue. Electrostatic potential calculations revealed the existence of two potential binding sites for the sodium ion at the outer selectivity filters. To obtain further mechanistic insight into the permeation event from the central cavity to the intracellular region of the channel, we further employed “state-of-the-art” steered molecular dynamics (SMD) simulations. Our SMD simulations revealed two different pathways through which a sodium ion can be expelled from the channel. Further, the SMD simulations identified the key residues that are likely to control these processes. Finally, we discuss the potential binding modes of a panel of known hNav1.5 blockers to our structural model of hNav1.5. We believe that the data presented here will enhance our understanding of the structure–property relationships of the hNav1.5 ion channel and the underlying molecular mechanisms in sodium ion permeation and drug interactions. The results presented here could be useful for designing safer drugs that do not block the hNav1.5 channel. Keywords: sodium ion channel, voltage-gated sodium channel, steered molecular dynamics, cardiotoxicity, hNav1.5, channel blockers
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,003 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».