Role of a-actinin in Cav1.2 Function
a-肌动蛋白在 Cav1.2 功能中的作用
基本信息
- 批准号:9924426
- 负责人:
- 金额:$ 50.16万
- 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:2016-08-15 至 2022-04-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ActininAction PotentialsAffectAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease modelBackBindingBiotinylationBrainBrain DiseasesCREB1 geneCalcium-Activated Potassium ChannelCalmodulinCell DensityCell surfaceCellsCellular biologyChargeCognitiveCoupledCouplingDataDegradation PathwayDendritic SpinesDockingElectrophysiology (science)ElectrostaticsEndocytosisEndosomesEstrogen receptor positiveExcisionFingersFosteringFunctional disorderFutureGene ExpressionGene Expression RegulationGenetic TranscriptionGlutamate ReceptorGoalsGolgi ApparatusGrantHealthHeartHippocampus (Brain)HypoglycemiaImmunologic Deficiency SyndromesImpairmentIndividualInternetIonsKineticsKnock-in MouseLabelLearningLobeMeasuresMediatingMemoryMolecularMonitorMusMutateMutationNeuronsNuclear TranslocationPaperPathologicPathway interactionsPeriodicityPhysiologicalPlayPoint MutationPost-Traumatic Stress DisordersProbabilityProteinsRecyclingRegulationRodent ModelRoleRunningScienceSenilitySignal TransductionSiteStructural ProteinStructureSurfaceSymptomsSynapsesSynaptic plasticitySystemTestingTimeTimothy syndromeToesToxic effectTranscriptional ActivationTranscriptional RegulationVertebral columnWorkalpha Actininautism spectrum disorderautistic behaviourdensityexperimental studyglycosylationinsightinterestknock-downmutantneuron lossneuronal excitabilitypatch clamppostsynapticprematurepreventsynaptic functiontraffickingtranscription factortranscription factor NF-AT c3
项目摘要
Role of α-actinin in Cav1.2 Function
Abstract
L-type Ca2+ channels are tightly coupled to gene transcription, control neuronal excitability, and mediate
multiple forms of synaptic plasticity. Yet its cell biology and regulation is remarkably poorly understood. Our
long term interest is to determine the molecular mechanisms that regulate the L-type channel Cav1.2 (e.g.,
Science 293, 98; Science 293, 2205; PNAS 103, 7500; Neuron 78, 483), which is the most prevalent L-type
channel in brain and heart. We recently found that α-actinin binds directly to the IQ motif of the central pore-
forming Cav1.2 subunit α11.2 and augments its surface localization (Neuron 78, 483). We now identify three
point mutations in the IQ motif that individually impair α-actinin binding. Our preliminary electrophysiological
and surface labeling data suggest that impairing α-actinin binding to the IQ motif decreases surface
expression and, unexpectedly, also channel open probability (Po). Aim 1 is the very first comprehensive
analysis of trafficking kinetics of WT and point mutated Cav1.2 through the ER-Golgi-TGN secretory pathway
and endocytic recycling and degradation pathway by surface biotinylation, N-glycosylation analysis and
colocalization with respective markers like BiP and Rab5. Aim 2 is to determine and compare current density,
gating currents, and single channel currents to test whether the α-actinin binding - deficient point mutations of
Cav1.2 have decreased Po. Our structural analysis is guiding charge reversal experiments for unequivocal (!)
assignment of deficits in surface expression and Po in the Cav1.2 mutants to loss of α-actinin binding. We
found that Ca2+ influx specifically through Cav1.2 leads to displacement of α-actinin from the IQ motif by
Ca2+/calmodulin and in parallel to run down of Cav1.2 via endocytosis and reduction in Po. Aim 3 is to unravel
the interplay between α-actinin and calmodulin at the IQ motif to precisely define the molecular mechanisms of
how Ca2+/calmodulin displaces α-actinin and leads to endocytosis and run down of Cav1.2. Aim 4 will test first
the role of α-actinin in neuronal Cav1.2 functions including Ca2+ influx into spines and regulation of gene
expression via NFAT and then why α-actinin association and, fittingly, surface expression of Cav1.2 is
increased in rodent models of senility and Alzheimer’s disease (AD). Increased Cav1.2 channel activity
contributes to senile symptoms and AD (e.g., Science 272, 1017; Science 243, 809). Cav1.2 also plays an
important role in PTSD and dysregulation of Cav1.2 leads to autism spectrum disorders (Cell 119, 19-31). Thus
our work on the functional interplay of Cav1.2 with α-actinin and calmodulin is of high significance for
understanding and ultimately treatment of these brain diseases. On a broader perspective it is of physiological
importance as it will define important aspects that govern the functional availability of Cav1.2 with its manifold
functions in neurons and beyond including learning and memory.
α-肌动蛋白在 Cav1.2 功能中的作用
抽象的
L 型 Ca2+ 通道与基因转录紧密耦合,控制神经兴奋性并介导
然而,人们对突触可塑性的多种形式却知之甚少。
长期兴趣是确定调节 L 型通道 Cav1.2 的分子机制(例如,
Science 293, 98;Science 293, 2205;PNAS 103, 7500;Neuron 78, 483),这是最常见的 L 型
我们最近发现 α-肌动蛋白直接与中央孔的 IQ 基序结合。
形成 Cav1.2 亚基 α11.2 并增强其表面定位(神经元 78、483)。
IQ 基序中的点突变会单独损害 α-肌动蛋白结合。
表面标记数据表明,削弱 α-肌动蛋白与 IQ 基序的结合会降低表面
表达式,并且出乎意料的是,通道打开概率 (Po) 是第一个综合值。
WT 和点突变 Cav1.2 通过 ER-Golgi-TGN 分泌途径的运输动力学分析
通过表面生物素化、N-糖基化分析和内吞回收和降解途径
与 BiP 和 Rab5 等相应标记的共定位是为了确定和比较电流密度,
门控电流和单通道电流来测试 α-辅肌动蛋白结合是否存在缺陷点突变
Cav1.2 降低了 Po。我们的结构分析正在指导电荷反转实验,以实现明确的(!)
将 Cav1.2 突变体中表面表达和 Po 的缺陷归因于 α-辅肌动蛋白结合的丧失。
发现 Ca2+ 专门通过 Cav1.2 流入,导致 α-肌动蛋白从 IQ 基序中移位
Ca2+/钙调蛋白以及通过内吞作用降低 Cav1.2 并减少 Po 的目的是解开谜团。
α-辅肌动蛋白和钙调蛋白在 IQ 基序上的相互作用,以精确定义
Ca2+/钙调蛋白如何取代 α-肌动蛋白并导致胞吞作用和 Cav1.2 的耗尽将首先进行测试。
α-辅肌动蛋白在神经元 Cav1.2 功能中的作用,包括 Ca2+ 流入棘和基因调节
通过 NFAT 表达,然后为什么 α-辅肌动蛋白关联以及 Cav1.2 的表面表达是
在衰老和阿尔茨海默病 (AD) 的啮齿动物模型中,Cav1.2 通道活性增加。
导致老年症状和 AD(例如,Science 272, 1017;Science 243, 809)。
Cav1.2 在 PTSD 中发挥重要作用,而 Cav1.2 失调会导致自闭症谱系障碍(细胞 119、19-31)。
我们对 Cav1.2 与 α-肌动蛋白和钙调蛋白功能相互作用的研究对于
从更广泛的角度来看,这些脑部疾病的理解和最终治疗是生理学的。
重要性,因为它将定义控制 Cav1.2 及其流形的功能可用性的重要方面
神经元及其他功能,包括学习和记忆。
项目成果
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