Regulatory mechanisms of the TRPM7 channel-kinase

Schmücker, Eva (2023): Regulatory mechanisms of the TRPM7 channel-kinase. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

The transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 7 (TRPM7) is a bifunctional protein containing a transmembrane channel segment and a serine/threonine-protein kinase domain. The TRPM7 channel is selective to divalent cations. TRPM7 regulates many biological processes such as the organismal balance of Zn2+, Ca2+ and Mg2+, immunity, embryonic development and cell signalling. The widely accepted view is that cytosolic Mg2+ and Mg·ATP inhibit the TRPM7 channel to link the metabolic state of the cell to the uptake of divalent cations. More recently, independent studies focusing on the identification of native TRPM7 channel complexes revealed the association of TRPM7 with the metal transporters CNNM1-4. However, the mechanisms underlying TRPM7 sensitivity to intracellular Mg2+ and the regulatory role of CNNM1-4 remain poorly understood. Therefore, we used site-directed mutagenesis, patch-clamp measurements and other techniques to demonstrate that a regulatory Mg2+ binding site is formed by the side chains of N1097 in mouse TRPM7. Our results suggest a direct interaction between Mg2+ and N1097 leading to a stabilization of the TRPM7 in the closed conformation. In line with these findings, we showed that the sensitivity of TRPM7 to physiological concentrations of intracellular Mg2+ was selectively affected by an introduction of point mutation (N1097Q). In addition, our results indicate that the CNNM3 protein has no effect on the TRPM7 channel but rather negatively regulates the kinase activity of TRPM7. Thus, our study suggests new mechanistic insights into the regulatory characteristics of the kinase-coupled TRPM7 channel.

Abstract

Der Transient-Rezeptor-Potential-Kationenkanal, Unterfamilie M, Mitglied 7 (TRPM7) ist ein bifunktionelles Protein, das ein Transmembrankanalsegment umfasst, was mit einer Serin/Threonin-Proteinkinase-Domäne fusioniert ist. Der TRPM7-Kanal ist selektiv für Zn2+, Ca2+ und Mg2+. TRPM7 reguliert zahlreiche biologische Prozesse wie die Zn2+-, Ca2+- und Mg2+-Homöostase im Organismus, die Embryonalentwicklung, Immunreaktionen und Signaltransduktion. Eine weit verbreitete Ansicht ist, dass zytosolisches Mg2+ und Mg·ATP als negative Regulatoren des TRPM7-Kanals wirken, um die Aufnahme zweiwertiger Kationen auf den Stoffwechselzustand der Zelle anzupassen. Kürzlich haben unabhängige Studien, die sich auf die Identifizierung nativer TRPM7-Kanalkomplexe konzentrierten, die Verbindung von TRPM7 mit den Metalltransportern CNNM1-4 aufgezeigt. Die Mechanismen, die der Sensitivität von TRPM7 gegenüber intrazellulärem Mg2+ und der regulatorischen Rolle von CNNM1-4 zugrunde liegen, sind jedoch nach wie vor kaum verstanden. Daher haben wir eine Kombination aus ortsgerichteter Mutagenese, Patch-Clamp-Techniken, Western-Blotting und 3DProteinmodelierung eingesetzt, um zu zeigen, dass die Seitenketten von N1097 in TRPM7 in der Maus zwischen den Untereinheiten eine Mg2+-regulierende Stelle bilden. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Mg2+ direkt mit diesem Proteinsegment interagiert und dadurch TRPM7 im geschlossenen Zustand stabilisiert. In Übereinstimmung mit diesem Modell haben wir festgestellt, dass Punktmutationen in der Mg2+-Regulationsstelle (N1097Q und N1098Q) die Sensitivität von TRPM7 gegenüber physiologischen Konzentrationen von intrazellulärem Mg2+ aufhebt. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass das CNNM3-Protein keine Auswirkungen auf den TRPM7-Kanal hat, sondern vielmehr die Kinaseaktivität von TRPM7 negativ reguliert. Unsere Studie liefert somit neue mechanistische Erkenntnisse über die regulatorischen Eigenschaften des Kinase-gekoppelten TRPM7-Kanals.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: TRPM7, Magnesium, regulatory, channel-kinase
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 2. Mai 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Zierler, Susanna