Targeted Engineering of Designer Arrestins to Regulate Cell Signaling
设计抑制蛋白的靶向工程以调节细胞信号传导
基本信息
- 批准号:9275751
- 负责人:
- 金额:$ 34.14万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-05-01 至 2022-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ApoptoticArrestinsBindingBiochemistryBiological AssayBiophysicsCell DeathCell ProliferationCell SurvivalCellsCessation of lifeComplexCrystallizationDataDevelopmentDiseaseDopamine D1 ReceptorElementsEngineeringFamilyG Protein-Coupled Receptor SignalingG-Protein-Coupled ReceptorsG-substrateGTP-Binding ProteinsHumanLevodopaMAPK3 geneMAPK8 geneMalignant NeoplasmsMediatingMitogen-Activated Protein KinasesMolecularMolecular ConformationMusNeurodegenerative DisordersParkinson DiseasePathway interactionsPeptidesPhosphotransferasesPlayRoleSignal TransductionSpecificityStructureTestingTherapeuticX-Ray Crystallographyarrestin3basebehavioral sensitizationexperimental studymouse modelmutantnon-visual arrestinsnovelpreferencereceptorreceptor bindingscaffoldtool
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Arrestins were discovered as negative regulators of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling via G
proteins. New data show that the free and receptor-bound arrestins initiate signaling through MAP
kinases, which regulate cell death, survival, and proliferation. For example, free and receptor-bound
arrestin-3 scaffolds ASK1-MKK4/7-JNK1/2/3 cascades, promoting the activation of JNK family kinases.
The two non-visual arrestins interact with ~800 different GPCRs in humans. We propose to identify
arrestin elements responsible for receptor specificity, and elucidate the structural basis of the assembly
of multi-protein signaling complexes (signalosomes) organized by arrestins. Our new crystal structure of
arrestin-3 in the presence of an abundant cytoplasmic molecule IP6 revealed receptor-bound-like (active)
conformation of arrestin-3. The ability of arrestin-3 to assume this conformation in the absence of GPCRs
likely explains receptor-independent scaffolding activity of arrestin-3. We identified arrestin-3 elements
critical for JNK and ERK activation, as well as conformational requirements of distinct branches of
arrestin-mediated signaling. We constructed arrestin-3 mutants that bind ASK1, MKK and JNK, but do
not promote JNK activation and identified short arrestin-3 peptides that enhance or suppress JNK activity
in cells. We will test the potential of signaling-biased arrestins and arrestin-derived molecular tools to
facilitate cell death or survival. Molecular tools that specifically increase or block pro-apoptotic signaling
have therapeutic potential in disorders associated with excessive cell proliferation (e.g., cancer) or death
(e.g., neurodegenerative diseases). Using arrestin-3 mutant specific for dopamine D1 receptor we
showed that arrestin-mediated signaling from D1 plays a role in the behavioral sensitization to L-DOPA
and development of L-DOPA-induced diskinesia in mouse model of Parkinson’s disease, but other
GPCRs also contribute to these phenomena. We believe that signaling-biased arrestins and
arrestinbased molecular tools with specific functional capability will help elucidate the intricacies of
cellular signaling and yield novel potent therapeutic tools.
项目摘要
逮捕蛋白被发现是通过G的G蛋白偶联受体(GPCR)信号的负调节剂
蛋白质。新数据表明,免费和接收器的逮捕蛋白通过MAP启动信号
激酶调节细胞死亡,生存和增殖。例如,免费和接收器结合
逮捕素-3脚手架ask1-mkk4/7-jnk1/2/3级联,促进了JNK家族激酶的激活。
这两种非视觉停滞蛋白与人类中约800种不同的GPCR相互作用。我们建议确定
负责接收器特异性的逮捕蛋白元素,并阐明组装的结构基础
由抑制蛋白组织的多蛋白信号传导复合物(信号体)。我们的新晶体结构
在存在丰富的细胞质分子IP6的情况下,逮捕蛋白3揭示了受体结合的(活性)
逮捕素3的构象。在没有GPCR的情况下,逮捕蛋白3假设这种构象的能力
可能解释了与接收器无关的脚手架活性。我们确定了逮捕素-3元素
对于JNK和ERK激活至关重要,以及不同分支的构象要求
逮捕蛋白介导的信号传导。我们构建了绑定ask1,mkk和jnk的逮捕蛋白-3突变体,但要这样做
没有促进JNK激活,并确定了增强或抑制JNK活性的简短逮捕蛋白-3辣椒
在细胞中。我们将测试信号偏见的逮捕蛋白和逮捕蛋白衍生的分子工具的潜力
促进细胞死亡或生存。专门增加或阻止促凋亡信号的分子工具
具有与过量细胞增殖(例如癌症)或死亡相关的疾病中的热潜力
(例如,神经退行性疾病)。使用抑制素-3突变体特异性多巴胺D1受体WE
表明,D1的抑制素介导的信号在行为敏感性中起作用
以及帕金森氏病小鼠模型中L-DOPA引起的疾病的发展,但其他
GPCR也有助于这些现象。我们认为发出信号偏见的逮捕蛋白和
具有特定功能功能的基于逮捕的分子工具将有助于阐明
细胞信号传导并产生新型潜在的治疗工具。
项目成果
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