Microtubule Severing and Regrowth by Spastin

Spastin 微管切断和再生

基本信息

  • 批准号:
    10643705
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Microtubule Severing and Regrowth by Spastin Hereditary spastic paraplegia (HSP) is a neurodegenerative disease that causes progressive gait disorder. The most commonly mutated gene found in HSP patients encodes the microtubule- severing enzyme spastin, which can sever microtubule polymers into shorter fragments. While microtubule severing proteins—spastin, katanin and fidgetin—have been long thought to disassemble the cellular microtubule network, in vivo studies in various organisms have shown that they can actually increase the number of microtubules in cells. Our long-term goal is to establish a framework for how spastin regulates cellular microtubule networks, and how perturbation of spastin activity leads to neuronal degeneration. Recently, by reconstituting the activity of purified spastin, we discovered that the protein possesses a novel activity that promotes the regrowth of severed microtubules. This activity is independent of its canonical severing activity. We showed that the combination of severing and microtubule regrowth promotion can lead to an exponential increase in the number of microtubules and the amount of tubulin polymer. Based on this work, we hypothesize that spastin increases the amount of cellular microtubules by combining these two activities. How spastin perform these functions, however, is poorly understood. The overall objective of this project is to understand the molecular mechanisms of severing and regrowth using a combination of single-molecule fluorescence microscopy, force spectroscopy and mathematical modelling. Our two specific aims are: (i) dissect the molecular mechanics of spastin-dependent microtubule severing, and (ii) test competing models for how spastin promotes microtubule regrowth. Completion of these aims is expected to yield detailed kinetic and mechanical mechanisms for spastin’s activities and to generate reagents that will facilitate future structural and cellular studies, including on the pathophysiology of spastin.
项目摘要 Spastin 的微管切断和再生 遗传性痉挛性截瘫 (HSP) 是一种导致进行性步态的神经退行性疾病 HSP 患者中最常见的突变基因编码微管。 切割酶 spastin,可以将微管聚合物切割成更短的片段。 微管切断蛋白——spastin、katanin 和 fidgetin——长期以来一直被认为 分解细胞微管网络,各种生物体的体内研究表明 他们实际上可以增加细胞中微管的数量。 建立 spastin 如何调节细胞微管网络的框架,以及如何 spastin 活性的扰动会导致神经变性。 最近,通过重建纯化的 spastin 的活性,我们发现该蛋白 具有促进切断的微管再生的新活性。 与其典型的切断活动无关,我们证明了切断和切断的结合。 促进微管再生可导致微管数量呈指数级增加 基于这项工作,我们捕获了 spastin。 通过结合这两种活性来增加细胞微管的数量。 然而,人们对如何执行这些功能知之甚少。 该项目的总体目标是了解切断的分子机制 并结合使用单分子荧光显微镜、力 我们的两个具体目标是:(i)剖析分子。 spastin 依赖性微管切断的机制,以及 (ii) 测试竞争模型如何 spastin 促进微管再生,预计将产生详细的结果。 spastin 活性的动力学和机械机制,并生成能够 促进未来的结构和细胞研究,包括 spastin 的病理生理学研究。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The force required to remove tubulin from the microtubule lattice by pulling on its α-tubulin C-terminal tail.
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-31069-x
  • 发表时间:
    2022-06-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Cutting, Amplifying, and Aligning Microtubules with Severing Enzymes.
  • DOI:
    10.1016/j.tcb.2020.10.004
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Kuo YW;Howard J
  • 通讯作者:
    Howard J
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  • DOI:
    10.1091/mbc.e21-12-0618
  • 发表时间:
    2022-05-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Liao, Maijia;Kuo, Yin-Wei;Howard, Jonathon
  • 通讯作者:
    Howard, Jonathon
Simultaneous Interference Reflection and Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy for Imaging Dynamic Microtubules and Associated Proteins.
同时干涉反射和全内反射荧光显微镜,用于动态微管和相关蛋白质的成像。
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