Reevaluating the mechanism of partial agonism at kainate receptors

Kainate-type ionotropic glutamate receptors (iGluRs) fulfill important neuromodulatory roles in the mammalian CNS, and as such have been subject to much structural and functional analysis. However, proposed models of partial agonism at these receptors still suffer from several issues. For example, contrary to conventional understanding, agonist efficacy at KARs does not always correlate with the cleft closure of its agonist binding domain (ABD). And it is not yet determined how activation of these receptors leads to responses containing a large transient component, followed by a considerably smaller sustained component. Recent work from the Bowie lab showed the importance of the KAR ABD closed-cleft stability for the activation of the transient component response. My research work identifies the role of another region of kainate receptor, the ABD dimer interface, for the steady state component of KAR response. In support of this, my work reveals that stabilizing the dimer interface by covalent crosslinking locks the KAR into low conductance states with macroscopic and single-channel properties similar to that of wild-type KAR steady-state response. Surprisingly, restriction of movement at the dimer interface renders L-glutamate a weak partial agonist to such an extent that the receptor spends much of its time cycling through long-lived, closed states between activations. This finding diverges from the established understanding that stabilizing the dimer interface prevents onset of KAR desensitization. From our data, we also suggest that protein interactions formed at the dimer interface during transient and steady state activation of the receptor are agonist-specific. Thus, my work demonstrates how the dimer interface stability and the ABD cleft closure stability work together to generate specific components of the KAR response.Les récepteurs ionotropiques de glutamate (iGluRs) de type kaïnate (KAR) remplissent des rôles neuromodulatoires importantes dans le système nerveux central (SNC) mammalien, et ainsi plusieurs études structurelles et fonctionnelles y sont consacrées. Cependant, les modèles d'efficacité d'agonistes chez ces récepteurs souffrent encore de divers problèmes. Par exemple, contrairement à l'entente conventionnelle, l'efficacité d'agoniste chez les récepteurs de kaïnate ne reste pas avec le degré de fermeture du domaine de liaison des ligands (ABD). De plus, ce n'est pas encore déterminé comment l'activation de ces récepteurs résulte dans des réponses contenant une portion large et transitoire, et une autre portion beaucoup plus petite et soutenue. Des résultats obtenus récemment dans le laboratoire Bowie démontrent l'importance de la stabilité de la fermeture du ABD suivant liaison de l'agoniste pour l'activation de la portion de réponse transitoire. Data obtenue de ma recherche identifie une autre région du récepteur, l'interface dimère de l'ABD, étant responsable pour la portion de KAR réponse constante. À l'appui de ceci, mon travail de recherche démontre pour la première fois qu'en stabilisant l'interface dimère avec réticulations covalentes, le KAR est bloqué dans des niveaux de conductance bas avec des propriétés macroscopiques et microscopiques similaires à celles du KAR (type sauvage) portion constante. Curieusement, ce restriction du mouvement à l'interface dimère rend aussi le neurotransmitteur glutamate comme agoniste partiel aussi faible que le récepteur reste la majorité de son temps dans des niveaux fermés et longs entre activations. Cette découverte est divergente de l'entente établie que la stabilisation de l'interface dimère prévient la désensibilisation du KAR. Nous suggérons aussi que les interactions formées à l'interface dimère durant l'activation transitoire et constante du récepteur sont spécifiques à l'agoniste. Ainsi, les résultats de ma recherche démontrent comment l'interface dimère et la stabilité de la fermeture du ABD travaillent ensemble pour générer des composants spécifiques de la réponse agoniste chez le KAR