In voltage-gated potassium (KV) channels, the voltage-sensing domain (VSD) undergoes sequential activation from the resting state to the intermediate state and activated state to trigger pore opening via electro-mechanical (E-M) coupling. However, the spatial and temporal details underlying E-M coupling remain elusive. Here, we leverage KV7.1's unique two open states associated with the VSD adopting the intermediate and activated conformations to report a two-stage E-M coupling mechanism in voltage-dependent gating of KV7.1 as triggered by VSD activations to the intermediate and then activated state. When the S4 segment transitions to the intermediate state, the hand-like C-terminus of the VSD-pore linker (S4-S5L) interacts with the pore in the same subunit. When S4 then proceeds on to the fully-activated state, the elbow-like hinge between S4 and S4-S5L engages with the pore to activate conductance. This two-stage "hand-and-elbow" gating mechanism elucidates distinct tissue-specific modulations, pharmacology, and disease pathogenesis of KV7.1, and likely applies to numerous Kv channels.

Abstract BK type Ca 2+ -activated K + channels activate in response to both the membrane voltage and intracellular Ca 2+ with distinct mechanisms. Ca 2+ binds to the cytosolic domain (CTD) to open the pore across the membrane, but the mechanism that couples Ca 2+ binding to pore opening is not clear. Here we show that a compound, BC5, identified using in silico screening, interacts with BK channels at the interface between the CTD and the transmembrane voltage sensing domain (VSD) and enhances channel activity by specifically affecting the Ca 2+ dependent mechanism. BC5 activates the channel in the absence of Ca 2+ binding but Ca 2+ binding inhibits BC5 effects. Thus, BC5 perturbs the pathway that couples Ca 2+ binding to pore opening to allosterically affect both, which is supported by atomistic simulations and mutagensis. The results suggest that the CTD- VSD interaction makes a major contribution to the mechanism of Ca 2+ dependent activation and is an important site for allosteric agonists to modulate BK channel activation.

ABSTRACT Formation of biomolecular condensates can be driven by weak multivalent interactions and emergent polymerization. However, the mechanism of polymerization-mediated condensate formation is less studied. We found lateral root cap cell (LRC)-specific SUPPRESSOR OF RPS4-RLD1 (SRFR1) condensates fine-tune primary root development. Polymerization of the SRFR1 N-terminal domain is required for both LRC condensate formation and optimal root growth. Surprisingly, the first intrinsically disordered region (IDR1) of SRFR1 can be functionally substituted by a specific group of intrinsically disordered proteins known as dehydrins. This finding facilitated the identification of functional segments in the IDR1 of SRFR1, a generalizable strategy to decode unknown IDRs. With this functional information we further improved root growth by modifying the SRFR1 condensation module, providing a strategy to improve plant growth and resilience.

Abstract Cardiac arrhythmias are the most common cause of sudden cardiac death worldwide. Lengthening the ventricular action potential duration (APD) either congenitally or via pathologic or pharmacologic means, predisposes to a life-threatening ventricular arrhythmia, Torsade de Pointes. IKs, a slowly activating K + current plays a role in action potential repolarization. In this study, we screened a chemical library in silico by docking compounds to the voltage sensing domain (VSD) of the I Ks channel. Here we show that C28 specifically shifted I Ks VSD activation in ventricle to more negative voltages and reversed drug-induced lengthening of APD. At the same dosage, C28 did not cause significant changes of the normal APD in either ventricle or atrium. This study provides evidence in support of a computational prediction of I Ks VSD activation as a potential therapeutic approach for all forms of APD prolongation. This outcome could expand the therapeutic efficacy of a myriad of currently approved drugs that may trigger arrhythmias. Significance statement C28, identified by in silico screening, specifically facilitated voltage dependent activation of a cardiac potassium ion channel, I Ks . C28 reversed drug-induced prolongation of action potentials, but minimally affected the normal action potential at the same dosage. This outcome supports a computational prediction of modulating I Ks activation as a potential therapy for all forms of action potential prolongation, and could expand therapeutic efficacy of many currently approved drugs that may trigger arrhythmias.