REGULATION OF THE ACTIN FILAMENT POINTED END DYNAMICS IN HEALTH AND DISEASE

健康和疾病中肌动蛋白丝尖头动力学的调节

基本信息

  • 批准号:
    10687109
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 57.06万
  • 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:
    2017-06-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In striated muscles, actin thin filament architecture is critical for efficient contractile activity, and alterations in thin filament integrity are linked to severe and often lethal skeletal and cardiac muscle diseases. Our long-term goal is to identify the components and molecular mechanisms regulating actin architecture in striated muscle during normal development and disease. Our short-term goal is to evaluate how actin-binding proteins of the tropomodulin family (e.g. leiomodin or Lmod and tropomoduin or Tmod) affect the formation and then the structure of the thin filament. We will test our recently proposed molecular mechanism for the Lmod/Tmod-dependent regulation of the pointed end of the thin filaments. We will also study the structural and functional consequences of Lmod binding to sides of the already formed thin filaments. Finally, we will establish mechanisms of regulation of Lmod functions. We propose three aims to identify underlying molecular mechanisms of the full spectrum of Lmod and Tmod functions: (1) to decipher the role of Lmod in the maintenance of proper thin filament lengths via pointed end regulation; (2) to establish the role of Lmod’s actin-binding sites in thin filament activation; (3) to test the hypothesis that Lmod functions are regulated by Ca2+. By employing high resolution cryogenic electron microscopy (cryo-EM) in conjunction with 3-dimensional nuclear magnetic resonance and Förster resonance energy transfer), we will recreate the full picture of Ca2+- dependent Lmod interactions with the thin filament and reveal the biological significance of these interactions. The robustness of structural models will be evaluated by monitoring of development and contractility of cardiac and skeletal muscles in knockout mice in vivo via the identification and utilization of mutations specifically affecting newly discovered Lmod’s and Tmod’s functionalities. To achieve these goals, we established a powerful multidisciplinary collaboration between the Kostyukova laboratory at the Washington State University (expert in protein structure, biochemical and biophysical properties of actin-binding proteins), the Gregorio laboratory at the University of Arizona (expert in the molecular, cellular and developmental biology of myofibril assembly) and the Galkin laboratory at the Eastern Virginia Medical School (expert in high resolution cryo-EM of actin complexes). Our data will provide a comprehensive identification of critical components of the regulatory mechanisms underlying thin filament assembly and maintenance in health and disease.
在条纹的肌肉中,肌动蛋白细丝体系结构对于有效的收缩活动至关重要, 细丝完整性的改变与严重且经常致命的骨骼和心脏有关 肌肉疾病。我们的长期目标是确定组成部分和分子机制 在正常发育和疾病期间调节条纹肌肉中的肌动蛋白结构。我们的 短期目标是评估肌动蛋白结合蛋白的肌动蛋白如何 或lmod和tropomoduin或tmod)会影响薄丝的形成,然后影响薄丝的结构。 我们将测试我们最近提出的LMOD/TMOD依赖性分子机制 调节细丝的尖端。我们还将研究结构和功能 LMOD结合到已经形成的细丝的两侧的后果。最后,我们会的 建立LMOD功能调节的机制。我们提出三个目标以识别 LMOD和TMOD函数的全光谱的基本分子机制:(1)至 破译LMOD在通过尖端维持适当的细丝长度中的作用 规定; (2)确定LMOD肌动蛋白结合位点在细丝激活中的作用; (3)到 测试LMOD函数由Ca2+调节的假设。通过使用高分辨率 低温电子显微镜(冷冻 - EM)与3维核磁 共振和förster共振能量传递),我们将重新创建Ca2+ - 依赖的LMOD与细丝的相互作用并揭示了这些的生物学意义 互动。结构模型的鲁棒性将通过监视开发来评估 通过识别和 利用突变特异性影响了新发现的LMOD和TMOD的功能。 为了实现这些目标,我们建立了强大的多学科合作 华盛顿州立大学的科斯科娃实验室(蛋白质结构专家,生化 肌动蛋白结合蛋白的生物物理特性),大学的Gregorio实验室 亚利桑那州(肌原纤维组装的分子,细胞和发育生物学专家)和 弗吉尼亚东部医学院的Galkin实验室(高分辨率Cryo-Em的专家 肌动蛋白复合物)。我们的数据将提供有关关键组成部分的全面识别 薄丝组装和健康维护的基础的监管机制以及 疾病。

项目成果

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