Progress Towards Understanding Neurotransmission: Temporal Mapping of Phospholipase D Activity in Exocytosis
了解神经传递的进展:胞吐作用中磷脂酶 D 活性的时间映射
基本信息
- 批准号:1807455
- 负责人:
- 金额:$ 45万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-01 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
With this award, the Chemistry of Life Processes Program in the Chemistry Division is supporting the research of Dr. Michelle Knowles at the University of Denver to study a crucial aspect of the transmission of impulses from cell to cell, as in the nervous system. Chemical signals are packed into vesicles in a "sending" cell that are expelled in the direction of a "receiving" cell. Many molecules must organize in space and time to trigger the fusion of a vesicle with the receiving cell membrane. In doing so, cells are capable of releasing hormones and neurotransmitters on demand. The research examines two of these critical fusion-inducing molecules and their relation to one another. This work allows undergraduate and graduate students to be trained in the field of biophysical chemistry where they master cutting-edge technology for observing the behavior of cells. Throughout this project, research and education are integrated into outreach events for students in Denver Public Schools and in the education of non-science majors at the University of Denver. The scientific results of this work are disseminated at scientific conferences and through publications to ensure incorporation of the new found knowledge into the bigger picture of how cells function in the brain and nervous system. The process of membrane fusion requires an input of energy to merge the vesicle lipid bilayer with that of the plasma membrane. In doing so, the membrane quickly transforms from a relatively flat bilayer to a negatively curved tube to form the fusion pore. Although SNARE proteins drive fusion, it is hypothesized that certain lipids aid in the formation of the negatively curved pore. The formation of phosphatidic acid (PA), a lipid that forms negatively curved membranes in vitro, is thought to occur at the fusion site to stabilize the membrane shape changes. Evidence shows that inhibition of the enzyme that makes PA, Phospholipase D1, reduces the amount of PA at the plasma membrane and membrane fusion is blocked. Despite knowing that the presence of PA dramatically affects exocytosis, a clear picture of the timing of PA formation and accumulation at the fusion site is not known. Using high resolution, fluorescence imaging methods, the location of PA and Phospholipase D1 are mapped in time during secretion. This research uses a combination of biochemical reconstitution studies in conjunction with mammalian cell culture to characterize how PA is recruited to the fusion site and how PA affects membrane curvature. Ultimately, the findings determine how PA facilitates exocytosis and lead to a molecular understanding of lipid sorting in cells.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
凭借该奖项,化学部的生命过程化学项目正在支持丹佛大学米歇尔·诺尔斯博士的研究,以研究神经系统中细胞间脉冲传递的一个关键方面。 化学信号被填充到“发送”细胞的囊泡中,然后朝“接收”细胞的方向排出。 许多分子必须在空间和时间上组织起来,以触发囊泡与接收细胞膜的融合。在此过程中,细胞能够根据需要释放激素和神经递质。 这项研究检查了其中两种关键的融合诱导分子及其相互关系。 这项工作使本科生和研究生能够接受生物物理化学领域的培训,掌握观察细胞行为的尖端技术。 在整个项目中,研究和教育被纳入丹佛公立学校学生的外展活动以及丹佛大学非科学专业的教育中。这项工作的科学成果通过科学会议和出版物进行传播,以确保将新发现的知识纳入细胞如何在大脑和神经系统中发挥作用的更宏观的图景中。膜融合过程需要输入能量以使囊泡脂质双层与质膜的脂质双层合并。在此过程中,膜迅速从相对平坦的双层转变为负弯曲的管,从而形成融合孔。尽管 SNARE 蛋白驱动融合,但推测某些脂质有助于负弯曲孔的形成。磷脂酸(PA)是一种在体外形成负弯曲膜的脂质,被认为发生在融合位点以稳定膜形状的变化。有证据表明,抑制产生 PA 的酶(磷脂酶 D1)会减少质膜上 PA 的量,并且膜融合会受阻。尽管知道 PA 的存在会极大地影响胞吐作用,但 PA 在融合位点形成和积累的时间尚不清楚。使用高分辨率荧光成像方法,可以在分泌过程中及时绘制 PA 和磷脂酶 D1 的位置。这项研究结合了生化重建研究和哺乳动物细胞培养来描述 PA 如何被招募到融合位点以及 PA 如何影响膜曲率。最终,这些发现确定了 PA 如何促进胞吐作用并导致对细胞中脂质分选的分子理解。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Membrane dynamics are slowed for Alexa594-labeled membrane proteins due to substrate interactions
由于底物相互作用,Alexa594 标记的膜蛋白的膜动力学减慢
- DOI:10.1016/j.bbadva.2021.100026
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Weisgerber, Alan W.;Knowles, Michelle K.
- 通讯作者:Knowles, Michelle K.
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