Mechanisms of Transglutaminase 2 (TG2)-Mediated Gene Expression in Astrocyte

星形胶质细胞中转谷氨酰胺酶 2 (TG2) 介导的基因表达机制

基本信息

  • 批准号:
    10293984
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Astrocytes play an indispensable role in maintaining a healthy environment for neuronal function, and in mediating the response of the CNS to injury. Following an injury astrocytes become “reactive” and mediate both helpful and harmful outcomes depending on their gene expression profile. However the molecular mechanisms that regulate gene expression in astrocytes and thus their response to injury has not been fully delineated. One protein that plays a key role in regulating the response of astrocytes to insults is transglutaminase 2 (TG2). Deletion or depletion of TG2 results in astrocytes taking on a more “helpful” phenotype, however the underlying molecular mechanisms are unknown. TG2 is a multifunctional protein; it catalyzes a calcium dependent transamidation reaction, binds and hydrolyzes GTP and can function as a scaffold or linker protein. TG2 undergoes large conformational changes mediated by calcium and GTP binding, and its conformation can dictate its function independent of its enzymatic activities. These conformational states are key a factors in determining cell survival/cell death outcomes. There is a growing awareness that TG2 likely regulates gene expression, however the mechanisms of TG2-mediated regulation of gene expression in astrocytes has not been fully explored. One possible mechanism may be by TG2 interacting with, and modulating the function of, a protein that plays a pivotal role in regulating gene expression. One factor that plays a key role in regulating chromatin accessibility and the activity of specific transcription factors is Zbtb7a. Intriguingly, preliminary data indicate that TG2 interacts with Zbtb7a, and binding sites for these transcription factors are in the majority of pro-survival genes that are upregulated in TG2-/- astrocytes. The UNDERLYING PREMISE of this proposal is that TG2 plays a role in regulating gene expression in astrocytes, and thus how they respond to injury. However, a CRITICAL KNOWLEDGE GAP is how TG2 regulates gene expression. The OVERALL HYPOTHESIS of this application is that TG2, in a conformational dependent manner, moderates chromatin accessibility and the gene expression landscape, which contributes to how astrocytes respond to injury. The NOVELTY of this project is that we will be using an integrated “omic” approach (ATAC-seq, RNA-seq, ChIP-seq) and both in vitro and in vivo models of TG2+/+ and TG2-/- astrocytes to establish the mechanisms by which TG2 in a specific conformation regulates gene expression. The specific aims of this proposal are to test the hypothesis that: (1) the conformation of TG2 play an essential role in determining its ability to regulate chromatin accessibility and gene expression, and (2) TG2 mediates gene expression in astrocytes in part by regulating the function of Zbtb7a. The data generated from these novel and exploratory studies will provide the basis for a future R01 grant application focused on delineating the molecular mechanisms and pathways regulated by TG2 in astrocytes to direct outcomes following CNS injury.
星形胶质细胞在维持神经元功能的健康环境中起着必不可少的作用,在 介导中枢神经系统对受伤的反应。受伤后,星形胶质细胞变为“反应性”并介导了两者 根据其基因表达谱的有用和有害结果。但是分子机制 调节星形胶质细胞中的基因表达,因此它们对损伤的反应尚未完全描述。一 在确定星形胶质细胞对侮辱的反应中起关键作用的蛋白质是转谷氨酰胺酶2(TG2)。 TG2的删除或耗尽会导致星形胶质细胞采用更“有用的”表型,但是基础 分子机制未知。 TG2是一种多功能蛋白。它催化钙依赖性 跨增反应,结合并水解GTP,并且可以充当支架或接头蛋白。 TG2 经历钙和GTP结合介导的大构象变化,其构象可以决定 它的功能独立于其酶活性。这些构象状态是确定的关键因素 细胞存活/细胞死亡结果。人们越来越意识到TG2可能调节基因表达, 但是,TG2介导的星形胶质细胞基因表达调节的机制尚未完全 探索。一种可能的机制可能是通过TG2与蛋白质相互作用并调节功能 这在调节基因表达中起关键作用。在调节染色质中起关键作用的一个因素 可访问性和特定转录因子的活性为ZBTB7A。有趣的是,初步数据表明 TG2与ZBTB7A相互作用,这些转录因子的结合位点在大多数促生物存在中 在TG2 - / - 星形胶质细胞中更新的基因。该提议的基本前提是TG2播放 在控制星形胶质细胞中的基因表达方面的作用,从而对损伤的反应方式。但是,这是一个批判 知识差距是TG2调节基因表达的方式。该应用的总体假设 是以咨询依赖性的方式TG2调节染色质的可及性和基因表达 景观有助于星形胶质细胞对伤害的反应。这个项目的新颖性是我们将 使用集成的“ OMIC”方法(ATAC-SEQ,RNA-SEQ,CHIP-SEQ)以及体外和体内模型 TG2+/+和TG2 - / - 星形胶质细胞建立特定构象中TG2调节的机制 基因表达。该提议的具体目的是检验以下假设:(1)TG2的构象 在确定其调节染色质访问性和基因表达的能力方面起着至关重要的作用,(2) TG2通过调节ZBTB7A的功能部分介导星形胶质细胞中的基因表达。生成的数据 从这些小说和探索性研究中,将为未来的R01赠款应用提供基础 描述由星形胶质细胞中TG2调节的分子机制和途径,以直接结果 中枢神经系统受伤。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Deletion of Transglutaminase 2 from Mouse Astrocytes Significantly Improves Their Ability to Promote Neurite Outgrowth on an Inhibitory Matrix.
  • DOI:
    10.3390/ijms24076058
  • 发表时间:
    2023-03-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Emerson, Jacen;Delgado, Thomas;Girardi, Peter;Johnson, Gail V. W.
  • 通讯作者:
    Johnson, Gail V. W.
Stabilizing transglutaminase 2 in the open conformation results in reactive astrocytes being more neurosupportive.
将转谷氨酰胺酶 2 稳定在开放构象会导致反应性星形胶质细胞更具神经支持性。
  • DOI:
    10.1101/2024.04.15.589192
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Emerson,Jacen;Delgado,Thomas;Hong,Matthew;Keillor,JeffreyW;Johnson,GailVw
  • 通讯作者:
    Johnson,GailVw
Deletion or Inhibition of Astrocytic Transglutaminase 2 Promotes Functional Recovery after Spinal Cord Injury.
  • DOI:
    10.3390/cells10112942
  • 发表时间:
    2021-10-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Elahi A;Emerson J;Rudlong J;Keillor JW;Salois G;Visca A;Girardi P;Johnson GVW;Pröschel C
  • 通讯作者:
    Pröschel C
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  • 通讯作者:
    Gail V. W. Johnson

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