Guanidinium Toxins as Molecular Probes for NaV Study
胍毒素作为 NaV 研究的分子探针
基本信息
- 批准号:10848160
- 负责人:
- 金额:$ 4.62万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-09-01 至 2025-03-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAcuteAddressAffectAffinityAffinity ChromatographyAntibodiesArrhythmiaBindingBinding ProteinsBiological PhenomenaBiotinBiotinylationCell ShapeCell membraneCellsCellular MembraneChemical AgentsChemicalsChemistryCollectionComplexCryoelectron MicroscopyCuesCysteineDevelopmentDigit structureDiseaseDrug KineticsElectrophysiology (science)EngineeringEpilepsyEpitopesFluorescent DyesGenerationsGeneticGenetic VariationGoalsHumanHuman PathologyImageIndividualInflammation MediatorsInflammatoryInjuryInvestigationIonsKineticsLabelLeadLiteratureLysineMeasuresMedicineMembraneMembrane ProteinsMethodsModelingModificationMolecularMolecular ProbesMovementMutagenesisMyopathyNatural ProductsNatural SourceNatureNerve BlockNeurogliaNeuronsOral cavityOrganismPenetrationPhysiologyPopulationPost-Translational Protein ProcessingProcessPropertyProtein IsoformsProteinsProteomicsReagentReportingResearchRoleSaxitoxinShapesSignal TransductionSiteSkeletal MuscleSodium ChannelStructureStudy modelsSurfaceTetrodotoxinTherapeuticTissuesToxinTrainingTransfectionVestibuleWorkbioelectricitycell fixingcell typechemical synthesisexperimental studyextracellulargenetic approachguanidiniumhuman diseasehydrophilicityimaging agentinhibitorinsightinterestlive cell imagingmutantnanomolarnerve injurynervous system disorderneuronal excitabilityneurotransmissionpainful neuropathyprogramsprotein complexprotein degradationprotein transportresponsesmall moleculesodium ionspatiotemporalsuccesstoolvoltage
项目摘要
PROJECT SUMMARY
Neuronal excitability relies on the tightly regulated expression and discrete subcellular
localization of voltage-gated sodium ion channels (Navs). These large membrane protein
complexes control the movement of sodium ions across cell membranes and are responsible for
initiating and propagating action potentials. A desire to better understand the role of Nav
subtypes in electrical signal conduction and the relationship between channel dysregulation and
specific human pathologies (e.g., arrhythmia, epilepsy, skeletal muscle disorders, neuropathic
pain} motivates the development of high precision reagents to facilitate Nav studies.
Investigations of Nav physiology are currently limited by a lack of available methods with which
to modulate the function of individual channel subtypes and to mark changes in cellular
distributions, membrane expression levels, and structural modifications (i.e., protein posttranslational
modification) in live cells and in response to external cues.
We are developing small molecule probes for Nav studies based on naturally occurring bis-guanidinium
toxins, among which saxitoxin (STX) is the archetype. These agents function as
molecular 'corks' to occlude the extracellular mouth of the ion conductance pore, a desirable
feature for the types of tool compounds we wish to access. De novo chemical synthesis has
enabled the engineering of modified forms of STX, which we will use in combination with protein
mutagenesis and electrophysiology to investigate Nav activity on action potential dynamics.
Understanding how Nav expression is regulated and altered by extrinsic factors-glial cells,
inflammatory mediators, pH, nerve injury-and how such changes modulate action potentials is
a long-term goal of our research. To address these questions, we will develop and validate
three classes of tool compounds. These reagents will enable 1) acute, spatiotemporal inhibition
of individual Nav subtypes; 2) selective fluorescent labeling of membrane Navs; and 3) affinity
purification of membrane Navs for proteomics analysis. With the success of our research
program, we will deliver a unique set of high precision chemical probes to help illuminate the
complex physiology of Navs that under1ies bioelectrical signaling.
项目概要
神经元兴奋性依赖于严格调控的表达和离散的亚细胞
电压门控钠离子通道(Navs)的定位。这些大膜蛋白
复合物控制钠离子穿过细胞膜的运动,并负责
启动和传播动作电位。渴望更好地理解导航的作用
电信号传导的亚型以及通道失调与
特定的人类病理(例如心律失常、癫痫、骨骼肌疾病、神经病
pain} 促进了高精度试剂的开发,以促进 Nav 研究。
目前,由于缺乏可用的方法,导航生理学的研究受到限制。
调节各个通道亚型的功能并标记细胞的变化
分布、膜表达水平和结构修饰(即蛋白质翻译后
修饰)在活细胞中并对外部线索做出反应。
我们正在开发基于天然双胍的用于 Nav 研究的小分子探针
毒素,其中石房蛤毒素(STX)是其原型。这些代理的作用是
分子“软木塞”堵塞离子电导孔的细胞外口,这是一种理想的方法
我们希望访问的工具化合物类型的功能。从头化学合成
实现了 STX 修饰形式的工程化,我们将其与蛋白质结合使用
诱变和电生理学研究 Nav 活动对动作电位动力学的影响。
了解 Nav 表达如何受外在因素(神经胶质细胞)的调节和改变,
炎症介质、pH、神经损伤——以及这些变化如何调节动作电位
我们研究的一个长期目标。为了解决这些问题,我们将开发并验证
三类工具化合物。这些试剂将实现 1) 急性时空抑制
各个 Nav 亚型; 2)膜Navs的选择性荧光标记; 3)亲和力
用于蛋白质组学分析的膜 Navs 的纯化。随着我们研究的成功
计划中,我们将提供一套独特的高精度化学探针来帮助阐明
Navs 的复杂生理学是生物电信号传导的基础。
项目成果
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