Role of KCNQ2 Channels in Control of Breathing
KCNQ2 通道在呼吸控制中的作用
基本信息
- 批准号:10467261
- 负责人:
- 金额:$ 51.82万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-01-01 至 2026-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAffectAnimalsBindingBrainBreathingCarbon DioxideCell NucleusChemoreceptorsChronicCoupledDevelopmentElectrophysiology (science)FoundationsGenesGoalsHydrolysisHypoventilationInositolLeadLinkMediatingModelingMusMutationMyoclonusNeurodevelopmental DisorderNeuronsNeurotransmittersPatientsPharmacologyPhosphatidylinositol 4,5-DiphosphatePhosphatidylinositolsPotassium ChannelProductionRecurrenceRegulationResearchRespiration DisordersRespiratory CenterRoleSignal TransductionSliceSymptomsSynapsesSyndromeTestingTherapeutic InterventionTissuesVariantViralWorkautism spectrum disordercofactorepileptic encephalopathiesgain of functiongain of function mutationgenetic manipulationimprovedknock-downloss of functionneonatal brainnovelparent grantreceptorrelating to nervous systemrespiratoryresponsetherapeutic targettherapeutically effective
项目摘要
SUMMARY
Developmental and epileptic encephalopathy associated with KCNQ2 channels has been primarily linked to
loss-of-function KCNQ2 mutations. However, an increasing number of recurrent KCNQ2 gain-of-function
variants (i.e., R201C) have been identified. Patients with the KCNQ2R201C mutation display severe myoclonus
and early profound hypoventilation due to reduced chemoreflex. Currently, mechanisms by which KCNQ2
channels control the drive to breathe are unclear. The retrotrapezoid nucleus (RTN) is an important respiratory
center; neurons in this region function as respiratory chemoreceptors by regulating breathing in response to
changes in tissue CO2. Chemosensitive RTN neurons are activated by an increase in CO2/H+, whereas a gain-
of-function Kcnq2 mutation might hyperpolarize RTN neurons and make it more difficult to respond to CO2/H+.
Indeed, work from the parent grant showed that expression of the recurrent Kcnq2 mutation Kcnq2R201C in RTN
neurons blunted the ventilatory response to CO2. Excitingly, we also found that Kcnq2 channel activity in RTN
neurons is regulated by a H+-myo-inositol cotransporter (HMIT) which imports myo-inositol to support
production of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2), an allosteric activator of Kcnq2 channels. HMIT
expression in the RTN region is restricted only to chemosensitive neurons. Therefore, we hypothesize that
HMIT is required for Kcnq2 channel activity in RTN neurons. In particular, we propose that H+-dependent myo-
inositol transport into RTN neurons by HMIT will increase PIP2 levels and activate Kcnq2 channels to limit
CO2/H+-stimulated activity, as well as to maintain neural modulation by neurotransmitters that signal through
Gq-coupled receptors and PIP2 hydrolysis. Thus, the objective of this application is to determine the extent to
which Kcnq2 channels and HMIT interact to control RTN chemoreception under normal conditions and whether
HMIT can be targeted to improve breathing in mice that express Kcnq2R201C. The three Specific Aims of this
project are: 1) determine the extent to which HMIT influences Kcnq2 channel regulation of chemosensitive
RTN neurons; 2) determine contributions of Kcnq2 channels and HMIT interactions to RTN chemoreceptor
network excitability; and 3) to establish HMIT in RTN neurons as a therapeutic target for Kcnq2 associated
breathing abnormalities. The rationale for this research is that by understanding how HMIT regulates Kcnq2
channel activity in RTN neurons, we can lay a foundation for developing treatments for respiratory problems
associated with Kcnq2 mutations.
概括
与 KCNQ2 通道相关的发育性和癫痫性脑病主要与
KCNQ2 功能丧失突变。然而,越来越多的复发性 KCNQ2 功能增益
变体(即 R201C)已被识别。 KCNQ2R201C 突变患者表现出严重的肌阵挛
以及由于化学反射减弱而导致的早期严重通气不足。目前,KCNQ2 的机制
控制呼吸驱动力的通道尚不清楚。梯形后核(RTN)是重要的呼吸系统
中心;该区域的神经元通过调节呼吸来发挥呼吸化学感受器的作用
组织二氧化碳的变化。化学敏感性 RTN 神经元通过 CO2/H+ 的增加而被激活,而增益-
功能丧失的 Kcnq2 突变可能会使 RTN 神经元超极化,使其更难以对 CO2/H+ 做出反应。
事实上,来自母体资助的工作表明,RTN 中复发性 Kcnq2 突变 Kcnq2R201C 的表达
神经元减弱了对二氧化碳的通气反应。令人兴奋的是,我们还发现 RTN 中的 Kcnq2 通道活动
神经元由 H+-肌醇协同转运蛋白 (HMIT) 调节,HMIT 导入肌醇以支持
产生磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸 (PIP2),它是 Kcnq2 通道的变构激活剂。汉密尔顿
RTN 区域的表达仅限于化学敏感神经元。因此,我们假设
RTN 神经元中的 Kcnq2 通道活动需要 HMIT。特别是,我们建议 H+ 依赖性肌
HMIT 将肌醇转运至 RTN 神经元将增加 PIP2 水平并激活 Kcnq2 通道以限制
CO2/H+ 刺激的活动,以及通过神经递质维持神经调节,这些神经递质通过
Gq 偶联受体和 PIP2 水解。因此,本申请的目的是确定
哪些 Kcnq2 通道和 HMIT 相互作用以控制正常条件下的 RTN 化学感受以及是否
HMIT 可用于改善表达 Kcnq2R201C 的小鼠的呼吸。本次会议的三个具体目标
项目有: 1) 确定 HMIT 对化学敏感的 Kcnq2 通道调节的影响程度
RTN神经元; 2) 确定 Kcnq2 通道和 HMIT 相互作用对 RTN 化学感受器的贡献
网络兴奋性; 3) 在 RTN 神经元中建立 HMIT 作为 Kcnq2 相关的治疗靶点
呼吸异常。这项研究的基本原理是通过了解 HMIT 如何调节 Kcnq2
RTN 神经元的通道活动,我们可以为开发呼吸系统问题的治疗方法奠定基础
与 Kcnq2 突变相关。
项目成果
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