Structural characterization of interacting and aggregating cataract-associated crystallins
白内障相关晶状体蛋白相互作用和聚集的结构表征
基本信息
- 批准号:10395057
- 负责人:
- 金额:$ 5.85万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-30 至 2023-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAgingBehaviorBiochemicalBlindnessCataractCellsChemicalsCrystalline LensCrystallinsCrystallizationDataDegenerative DisorderDiseaseDisease ProgressionElectron MicroscopyGene MutationHumanIndividualLens OpacitiesLightLiquid substanceMapsMethodologyMethodsModificationNMR SpectroscopyNuclear Magnetic ResonanceOperative Surgical ProceduresPhasePhysiologicalPopulationPost-Translational Protein ProcessingProcessProteinsReportingResearchRoentgen RaysScienceStructureStructure-Activity RelationshipSurfaceSurgical complicationVariantVisual impairmentage relatedagedbiophysical analysiscongenital cataractexperimental studyinsightlenslens transparencymutantnovelnovel therapeutic interventionnovel therapeuticsprotein aggregationprotein protein interactionsolid state nuclear magnetic resonance
项目摘要
Project Summary
Cataracts are the leading cause of blindness in the world, with approximately 22 million cases per year. The
disease is caused by protein aggregation in the eye lens, involving its major constituents, the crystallins.
Currently, the only available treatment is surgery, widely used in the developed world. However, access to
surgery is not available to a significant fraction of the world population, and, as with any surgery, complications
may ensue. Therefore, it is important to provide a structural understanding of cataract formation, if novel
therapeutic approaches are to be developed for delaying the onset or slowing the progression of cataracts. While
the congenital form of the disease has been mapped to crystallin gene mutations, the age-related degenerative
disease is believed to involve chemically-modified crystallin proteins. Previously, we investigated the dynamics,
structure and folding of human gD-crystallin mutants that are associated with congenital cataracts. We solved
NMR and X-ray crystal structures of several variants and analyzed their dynamic behavior by solution NMR
spectroscopy. Our aim now is to elucidate the interactions between different crystallins, under physiologically-
relevant high concentrations. We will investigate proteins with modifications that mimic aging and using
congenital cataract-associated mutants. We hypothesize that surface changes that impact the liquid phase
behavior of the crystallin and/or generate aberrant protein-protein interactions contribute to aggregation.
Our studies will not only provide insight into the process of cataract formation but also will shed light on
fundamental questions in protein science. Although biochemical and biophysical studies have provided a detailed
picture of individual crystallin structures and stability, extensive studies are needed to assess the interplay
between different crystallin proteins and, thereby, provide critical data on crystallin structure/function
relationships. For example, the interactions that permit high protein concentrations in lens cells and questions
about which, why, and how certain crystallins interact without aggregation in the normal lens require direct
experimental studies to gain new insights. In addition, several post-translational modifications have been
reported to occur upon lens aging, impacting lens transparency. Whether and how such "aged" crystallins
contribute to protein stability and aggregation is unknown. The proposed research will address these outstanding
issues through biophysical analyses of wild-type, disease-associated, and chemically-modified, “aged”, crystallin
variants. Structural studies by solution and solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, small
angle x-ray scattering (SAXS), and electron microscopy methods will be used to directly investigate different
crystallin mixtures to obtain novel insights into the behavior of normal assemblies involving lens-opacity
associated proteins. Structural details of such assemblies cannot be obtained by any other methodologies.
项目概要
白内障是世界上导致失明的主要原因,每年约有 2200 万例白内障。
该疾病是由眼睛晶状体中的蛋白质聚集引起的,涉及其主要成分晶状体蛋白。
目前,唯一可用的治疗方法是手术,在发达国家广泛使用。
世界上很大一部分人口无法接受手术,并且与任何手术一样,都会出现并发症
因此,提供对白内障形成的结构性理解(如果是新颖的)非常重要。
将开发延迟白内障发作或减缓白内障进展的治疗方法。
该疾病的先天性形式已被定位为晶状体蛋白基因突变,即与年龄相关的退行性病变
据信疾病与化学修饰的晶状体蛋白有关。
我们解决了与先天性白内障相关的人类 gD-晶状体蛋白突变体的结构和折叠。
几种变体的 NMR 和 X 射线晶体结构,并通过溶液 NMR 分析了它们的动态行为
我们现在的目标是阐明生理学下不同晶状体蛋白之间的相互作用。
我们将研究具有模拟衰老和使用的修饰的蛋白质。
我们欺负了影响液相的表面变化。
晶状体蛋白的行为和/或产生异常的蛋白质-蛋白质相互作用有助于聚集。
我们的研究不仅将深入了解白内障形成的过程,还将揭示
尽管生物化学和生物物理学研究已经提供了详细的蛋白质科学的基本问题。
单个晶体蛋白结构和稳定性的图片,需要进行广泛的研究来评估相互作用
不同晶状体蛋白之间的差异,从而提供有关晶状体蛋白结构/功能的关键数据
例如,允许晶状体细胞中蛋白质浓度较高的相互作用和问题。
关于某些晶状体蛋白在正常晶状体中不聚集的情况下相互作用的原因、原因以及如何相互作用,需要直接
此外,还进行了一些翻译后修饰以获得新的见解。
据报道,晶状体蛋白会在晶状体老化时发生,从而影响晶状体的透明度。
对蛋白质稳定性和聚集的贡献尚不清楚,拟议的研究将解决这些突出问题。
通过对野生型、疾病相关的和化学修饰的、“老化的”、晶状体蛋白进行生物物理分析来解决问题
通过溶液和固态核磁共振 (NMR) 光谱进行结构研究,小型
角X射线散射(SAXS)和电子显微镜方法将用于直接研究不同的
晶状体蛋白混合物以获得对涉及晶状体混浊的正常组装行为的新见解
此类组装体的结构细节无法通过任何其他方法获得。
项目成果
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