Genetically Encoded Probes of Huntingtin Misfolding

亨廷顿蛋白错误折叠的基因编码探针

基本信息

  • 批准号:
    10522868
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Abstract Huntington’s disease is caused by polyglutamine expansions in the huntingtin protein. These polyQ expansions make the huntingtin protein, and its naturally occurring exon1 fragment (Httex1), more aggregation prone. Deposition of fibrillar Httex1 aggregates in the brain is a hallmark of the disease in patients and animal models. We have shown that Httex1 aggregation is a step-wise process wherein Httex1 gives rise to different misfolded species prior to formation of fibrils. Early species in the misfolding pathway are of particular interest as they can cause the formation of seeds, which cause further misfolding of monomeric Httex1. This process not only enhances toxicity in a given cell, but it can also cause spreading of misfolding throughout the brain. In addition, earlier misfolding intermediates could also directly contribute to disease, as their toxicity has been observed in cell culture experiments. Despite their importance, early misfolding intermediates cannot easily be detected in biological tissues and it has not been possible to interfere with their seeding ability or toxicity. In this project, we aim to address these fundamental problems by developing genetically encoded ligands (peptides) that bind early misfolding intermediates and by testing their potential biomarker or therapeutic utility. To accomplish these goals, we have assembled a team of three PIs with expertise in peptide ligand discovery (Roberts), huntingtin protein structure and function (Langen), and cell-based and animal-based disease models (Chen). The Langen lab has laid the biochemical foundation for the proposal by identifying and characterizing different forms of Httex1 aggregates. Working together, the Roberts lab has used directed evolution and mRNA display to generate Httex1 directed (HD) peptide ligands against protofibrils. The Langen and Chen lab have demonstrated that HD peptides inhibit Httex1 misfolding in vitro and in cultured cells. Importantly, HD peptides also protect from Httex1 toxicity in cultured cells. In Aim 1, we propose to extend this work by characterizing the interactions of HD peptides with protofibrils using biophysical methods. Specifically, we will determine the HD peptide’s affinity, specificity, molecular mechanism of interaction with protofibrils and we will evaluate their ability to inhibit misfolding. Moreover, we will use peptide multimerization and other optimizations to achieve ultra-high affinity binding. Aim 2 then uses these well characterized binders in animal and cell models to evaluate their utility as biomarkers and therapeutics in cell cultures and animal models. In aim 3, we will generate binders for the earliest misfolding intermediate, the a-helical oligomers, and test our prediction that binders to these species block the formation of seeds and protect from Httex1 misfolding and toxicity.
抽象的 亨廷顿氏病是由亨廷顿蛋白中的聚谷氨酰胺扩展引起的。这些polyq 扩展使亨廷顿蛋白及其天然发生的外en1片段(HTTEX1),更多的聚集 易于。纤维纤维HTTEX1在大脑中的沉积是患者和动物的疾病的标志 型号。我们已经表明,HTTEX1聚集是一个逐步的过程,其中HTTEX1产生不同 在形成原纤维之前,物种错误折叠。错误折叠途径中的早期物种特别感兴趣 因为它们会导致种子的形成,这会导致单体HTTEX1的进一步错误折叠。这个过程不是 只能增强给定细胞中的毒性,但也会导致整个大脑中折叠式折叠率的扩散。在 此外,较早的错误折叠中间体也可能直接导致疾病,因为它们的毒性一直是 在细胞培养实验中观察到。尽管它们的重要性,但早期错误折叠的中间体无法轻易 在生物组织中检测到,不可能干扰其播种能力或毒性。在这个 项目,我们旨在通过开发一般编码的配体(肽)来解决这些基本问题 结合早期错误折叠的中间体,并通过测试其潜在的生物标志物或治疗效用。 为了实现这些目标,我们组建了一支由三个PI的团队,在胡椒配体发现方面具有专业知识 (罗伯茨),亨廷顿蛋白蛋白结构和功能(Langen)以及基于细胞和基于动物的疾病模型 (陈)。 Langen Lab通过识别和表征该提案的生化基础 不同形式的HTTEX1聚集体。罗伯特实验室一起使用了定向进化和mRNA 显示以生成针对原纤维的HTTEX1(HD)胡椒配体。 Langen和Chen Lab有 证明HD肽在体外和培养细胞中抑制了HTTEX1不折叠。重要的是,高清肽 还可以保护培养细胞中的HTTEX1毒性。在AIM 1中,我们建议通过表征来扩展这项工作 使用生物物理方法的HD肽与原纤维的相互作用。具体来说,我们将确定高清 肽的亲和力,特异性,与原纤维相互作用的分子机制,我们将评估它们的能力 抑制错误折叠。此外,我们将使用辣椒多层化和其他优化来实现超高 亲和力结合。 AIM 2然后在动物和细胞模型中使用这些良好特征的粘合剂来评估其 用作细胞培养物和动物模型中的生物标志物和治疗。在AIM 3中,我们将生成绑定器 最早的错误折叠中间体,A螺旋寡聚物,并测试我们对这些规格的粘合剂的预测 阻止种子的形成,并防止HTTEX1错误折叠和毒性。

项目成果

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